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每一个系统都有很多性质。举例来说，粒子有动量和位置[2]，鞋子有颜色和鞋跟样式。针对每个性质，我们都可以提一个问题：粒子现在在哪里？她鞋子的颜色是什么样的？我们通过实验询问系统，以获得这些问题的答案。如果你关心的系统完全属于经典物理学的范畴，那你一定能回答所有的问题，从而知道系统所有的属性。如果系统是量子的，你针对一个问题的实验设置往往意味着你无法回答其他问题。
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举例来说，你可以问一个粒子的位置，也可以问一个粒子的动量，但你不能同时两个问题一起问。这就是尼尔斯·玻尔所谓的“互补性”（complemen-tarity），这也是一些物理学家口中的“非对易变量”（noncommuting variables）。如果鞋子也属于量子世界的话，那或许鞋的颜色和鞋跟样式也是这样一对不相容的属性。这种情况在经典物理学中没有发生。在经典物理学中，你无须选择测哪个属性不测哪个属性。这里，问题的核心在于，实验者不得不做的选择到底是否影响了他所研究的系统的真实性。
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量子纠缠同样也是一个纯粹的量子现象。量子纠缠认为，一对量子系统可以共享一个属性，可每个系统不独立具有那个属性。换句话说，你可以问一对量子系统的相互关系，这个问题具有明确的答案；但如果你对单个系统询问相关的问题，答案就不存在。
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让我们考虑一双量子鞋，我们可以先定义一个叫作“逆反”（contrary）的属性。如果你问两只鞋子相同的问题，总是能得到相反的答案，这种性质就叫逆反。举例来说，你问两只鞋子的颜色，一只鞋子回答“白色”，另一只鞋子就回答“黑色”。如果你问两只鞋子鞋跟的样式，一只回答“高跟”，另一只就会回答“平跟”。如果你只问一只鞋子的颜色，你有50%的概率听到“黑色”、50%的概率听到“白色”；只问一只鞋子鞋跟的样式，你有50%的概率听到“高跟”、50%的概率听到“平跟”。如果这对量子鞋具有逆反属性，那么针对一只鞋子发问，你会得到随机的答案；针对两只鞋子同时发问，你会得到逆反的答案。
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在经典物理学中，一对粒子的属性总可以被还原为每个粒子的属性。量子纠缠的出现意味着这一规律在量子系统中并不成立。此处的讨论非常重要，因为我们可以通过量子纠缠创造出自然界的新属性。如果你让两个从未接触过的量子系统相互纠缠，你可以让这对系统具有自然界中从未存在过的逆反性。
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我们通常将两个亚原子粒子放在一起，让它们相互接触，借此产生量子纠缠对。这对粒子一旦纠缠，就会始终保持，无论它们之间相隔多远。只要此后两者没接触其他系统，它们就会始终共享诸如逆反性之类的纠缠属性。于是，我们有了量子世界的第三条线索，也是最为惊人的一条：非定域性。
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让我们在蒙特利尔将一双鞋进行量子纠缠，使它们具有逆反性，再将左脚的鞋子送到巴塞罗那，右脚的鞋子送到东京。巴塞罗那的实验者选择测量左脚鞋子的颜色，这一选择会瞬间影响远在东京的右脚鞋子的颜色。这是因为，一旦巴塞罗那的实验者测得了左脚鞋子的颜色，他们就能正确地预言东京的鞋子具有的相反颜色。
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20世纪，我们熟悉了“定域性”这一物理作用属性。定域性指信息只能一个地方接一个地方地传播，它只能通过粒子或波传播。考虑相对论，传播的速度不能超过光速。量子物理似乎违背了狭义相对论的这一核心要义。
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量子力学中的非定域性效应是真实的，也是微妙的。我们无法通过非定域性在巴塞罗那和东京之间瞬时传递信息。东京的实验者若要测量鞋子的某个属性，无论选择如何，结果在他们看来都是随机的。他们会发现鞋子黑和白的概率各为一半。只有当他们得知巴塞罗那的测量结果后，他们才能马上确定他们的鞋子颜色肯定相反。但是，一个消息从巴塞罗那传到东京需要时间——信息传播速度不会大于光速。
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为什么东京的鞋子会和巴塞罗那的鞋子发生关联？为什么两地的实验者打开盒子总会发现鞋子的颜色是相反的？这些问题并没有被解决。有人或许这样想，在蒙特利尔负责发货的人总能保证，装有相反颜色鞋子的盒子被分别送往东京和巴塞罗那。但一系列实验结果加上理论论证否定了这种假设。相反，从某种程度上说，关联建立于盒子在东京和巴萨罗那被打开的一瞬间。
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假设我们有一大盒鞋子，让每一对鞋子纠缠并使它们具有逆反性。我们将所有左脚鞋子寄往巴塞罗那，将所有右脚鞋子寄往东京。两个城市的实验者被允许随机选择他们关心的鞋子的属性，对之测量并记录测量结果。之后，他们会将测量结果送回蒙特利尔的鞋厂。在那里，我们将对这些信息进行比较。最终我们发现，想要搞清为什么这些结果会相互关联，我们只能假设非定域性的存在。也就是说，我们选择测一只鞋子的哪种属性，都会影响与之纠缠的另一只鞋子的属性。这便是1964年爱尔兰物理学家约翰·贝尔（John Stewart Bell）提出的定理的大意。自此以后，一系列聪明的实验展示了贝尔定理。
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穿越量子力学的迷雾
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量子力学提出后的90年间，量子力学的上述特征和问题一直是人们关注的焦点。人们提出了许多方法以更深入地了解量子力学。但大家忽略了一个关键：量子力学之所以有这些奇怪特征，正是因为它是一个被截断的宇宙学理论，从而使它适用于小型亚宇宙系统。而接受时间的真实性，将为我们打开一条理解量子物理的新途径，它将穿透量子力学的迷雾，解决量子力学的谜题。
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进一步来说，我认为在真实的时间基础上，我们可以构造一种新形式的量子力学。[3]这一新形式还具有很多猜测性。它还没有给出任何精确的实验预测，更别提实验检验了，所以我不能说它一定正确。可这一新形势为我们观察物理定律的本质提供了一个不同的视角，它通过一种不同寻常的新方式展示了物理定律随时间演化的观点。并且，我们即将看到，它很有可能被实验观测检验。
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可我们真能放弃独立于时间的自然规律吗？我们是否同时会丧失物理学解释我们周遭世界的能力？我们习惯性地认为自然规律都是决定论式的。决定论的推论之一就是，宇宙中不可能有真正的新鲜事物——万事万物都是不随时间变化的基本粒子在不随时间变化的物理定律指导下进行的排列组合。
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在很多情况下，未来确实就是过去的不断重演。如果有一个实验，我们做过很多次，且每一次得到相同的结果，我们就会相信，在未来进行这个实验，一定也会给出相同的结果。（每次的实验结果可以不同，但我们相信这些不同的实验结果间的比例一定会在未来实验中重现。）我们预期下一次投球时，球还会沿抛物线运动。因为过去我们每一次做实验时，球都这样运动。通常我们会说，这是因为物体的运动是由不随时间而变的物理定律决定的。物理定律的时间独立性保证了它在未来和过去所起的功用相同。因此，不含时间的自然规律严禁任何真正新鲜的事物出现。
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要解释为什么现在是过去的镜像，我们真需要不含时间的自然规律吗？仅当一个实验过程不断重复进行时，我们才会需要一个“定律”来描述。可事实上，这并不必要。要解释这些实验过程，我们可以用一个比定律弱得多的概念，比如，一个声称重复测量总会得到相同结果的原则。实验过程并没有遵循某个具体的物理定律，它们只在遵循“先例原则”（principle of precedence）。这一原则可以解释此前需要定律才能解释的种种场合。这一原则也不禁止新的测量得到超出旧有知识预言的结果。它既承认物理定律适用于过去反复出现的场景，又允许一小部分自由度存在于新鲜事物的演化过程中。英美法系的运行原则正是先例原则。当法官遇到一个与过去案例相似的案例时，他就会受制于过去的判决先例。自然世界也按照类似的原则运行。
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当我构思这一观点时，我震惊地发现哲学家查尔斯·皮尔士又一次走在了我的前面。他认为，自然规律随时间的演化形如习惯随时间的发展：
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一切事物都有形成习惯的趋势。就原子及其构成部分、分子及分子群等我们能够想象的真实对象而言，它们都有较大概率重复先前的场合，而非另起炉灶。这种趋势本身形成了一种规律。随着时间发展，趋势不断加强。而回溯过去，趋势则变得越发不明显。[4]
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对于真实的新鲜事物来说，这个原则至关重要。如果自然确实依照先例原则运行，而不依照永恒不变的定律运行，那么当先例回溯到头时，我们就无法预测系统的行为。如果我们确实制造了一个全新的系统，那仅凭我们已有的信息就无法预测系统的测量效应。仅当我们大量复制同一系统时，先例原则才会开始发挥效应。在那以后，我们才可以预测系统的行为。
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如果自然确实是这个样子的，那么我们就有真正开放的未来。我们仍可以在有很多先例的情况下依赖可靠的自然规律，而不再受决定论的束缚。
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在经典力学中，所有粒子都遵循固定的物理定律运动。所以公平地说，经典力学排除了新鲜事物存在的可能性。但量子力学与之不同，我们可以通过两种方法将永恒的物理定律替换为先例法则。
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●量子纠缠可以制造自然界崭新的属性。你可以测试一对纠缠的粒子是否具有逆反性之类的纠缠属性。倘若将它们分开看，你就无法找到这些属性。
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●量子系统对环境的响应体现出真正的随机性。即使你知道一个量子系统的所有历史，你仍然无法可靠地预言，在测量系统属性时系统会发生什么。
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