你以为自己点开这篇文章是出于自由意志,就连爱因斯坦当年也会站在你这边,可量子物理学家偏偏要告诉大家,这位科学巨人在这件事上错了。
他们把望远镜对准几十亿光年外的深空,只为检验现实的底子是什么,结果逼出一个让人脊背发凉的结论:要么空间和时间根本是错觉,要么你这一生的每个念头、每个选择,早在地球诞生前就写好了剧本。
要理解这场争论,得先看看爱因斯坦那套世界观。他最大的贡献是广义相对论,把空间和时间看成一块编织在一起的巨大4D织物,在他眼里,现实可预测、讲逻辑、合情合理。
他信奉的局域实在论,说白了就是两句话:东西不看也照样存在,火星上的石头不会因为没人看就消失;一个地方发生的事,也不能瞬间影响遥远的别处,中间得有联系、有延迟、有信号。
这是普通人也能理解的常识,可量子物理一登场,就把它砸了个粉碎。科学家把目光投向亚原子尺度,发现没被观测的粒子根本没有确定位置,而是化成一团幽灵般的数学概率;
更怪的是,他们由此发展出量子纠缠理论,专门描述粒子之间那种说不清道不明的联系,两个或更多粒子即使天各一方,也能被绑在一起,仿佛心有灵犀。
打个比方,一个粒子放在北极,一个放在月球,它们依然像照镜子一样彼此呼应,你转动其中一个,另一个立刻跟着转,而且是瞬间发生,没有任何延迟。
这在爱因斯坦看来简直荒唐,因为它破了自己那条任何东西都不能超过光速的规矩,他带着嘲讽反问同事,难道你不看月亮的时候,月亮就不在那儿了吗?
他把这种纠缠戏称为“幽灵般的超距作用”,直到去世都坚信量子物理在根子上有缺陷。
爱因斯坦认为,科学家一定漏掉了某个秘密变量,某种粒子出生时就内置的特殊属性,是它在暗中决定粒子日后的行为,粒子不是在隔空通信,只是照着一份人类还没读懂的剧本走,此后几十年,两派为此争吵不休。
量子理论一度被当成哲学甚至歪理,许多期刊都不愿发表相关论文,直到1960年代,北爱尔兰物理学家贝尔提出一个检验方法,有望一锤定音。
他的思路是,如果爱因斯坦对,两个粒子的同步程度就该有个上限,可如果量子物理学家对,结果就会撞破这个上限,只是当时技术不够,他自己没法动手。
等到1970和1980年代,克劳泽、弗里德曼和阿斯佩等人轮番把贝尔定理搬上实验台,结果爱因斯坦一方每次都输,粒子一次次撞破数学上限,证明纠缠是真的。
可站在爱因斯坦这边的人不肯认输,他们挑出检测漏洞,说当时设备抓不住全部粒子,科学家可能无意中只挑了符合自己假设的样本,结果自然有偏差。
接着是局域漏洞,他们说粒子也许真在通信,只是用了快得惊人的隐藏信号。随着技术进步,科学家造出超快电子系统、把探测器做得更高效,到2015年终于拿下量子物理的圣杯,做出第一个无漏洞贝尔实验。
统计学里5西格玛才算板上钉钉,这是金标准,当年希格斯玻色子就是5西格玛,而这次贝尔实验冲到了11.5,靠巧合撞上的概率几乎为零。
科学看似无可辩驳,可爱因斯坦的捍卫者还留着最后一张牌,那就是自由意志漏洞,也是最复杂的一个。
典型贝尔实验里,探测器必须在粒子到达前的最后一毫秒随机切换测量滤镜,质疑者说,万一仪器设置和被测粒子之间,有一根看不见的线连着,仪器问的问题和粒子给的答案从一开始就串通好,那看上去像纠缠,其实是隐秘的预定关联。
这个漏洞几乎没法堵,因为谁都可以说,实验室电脑里的芯片和空气中的粒子,可能早在几百万年前就有了联系,除非斩断这根线,否则永远没法证明爱因斯坦错了。
于是2018年,一群科学家决定干一件前所未有的事,要堵上这个漏洞,就得把实验交给整个宇宙。
团队由蔡林格带队,成员来自麻省理工和加州大学圣地亚哥分校,他们聚到加那利群岛拉帕尔马的天文台,要做一次宇宙贝尔实验。
两台大型望远镜和一套先进激光系统就位,激光先制造出纠缠光子对,再把每对中的一个分别送往两个望远镜站点,而这次最特别的地方,是测量设置既不靠电脑,也不靠人,而是交给宇宙本身。
他们把望远镜对准深空两个极其遥远的类星体,一个在78亿光年外,另一个更远,在122亿光年外,这些星系核心发出的光,在虚空里走了几十亿年才抵达地球。
正因为它们那么古老、相隔那么遥远,彼此根本无法通信,才成了堵死自由意志漏洞的完美工具。
策略相当巧妙,当古老的光进入望远镜,科学家捕捉其中随机的颜色波动,把它转换成数字信号,再用这些信号在纠缠光子到达的瞬间切换探测器设置,宇宙就此变成终极随机数发生器。
要是爱因斯坦对,光子之间的关联就该被抹平,实验本该失败,可结果并非如此。
科学家分析后发现,结论毫不含糊,哪怕测量选择由几十亿年前出发的光来决定,纠缠光子依然像跨越时空连在一起,什么都没变,量子力学又赢了,而且赢得毫无悬念。
结果纯属巧合的概率低到难以想象,相当于在沙滩抓起一粒沙,扔进万亿沙粒里,闭眼还能一次次把它抓回来,这在统计上几乎不可能。
这就证明,人类常识里的现实已经死了,谁还想抱住爱因斯坦的说法,既不能怪设备,也不能怪实验室环境,手里只剩一张听着近乎疯狂的牌,那就是超级决定论。
正常科学靠的是统计独立性,即科学家拨动开关去测量粒子时,粒子事先并不知道开关要被拨动,而超级决定论却说,这是个假象。
它主张宇宙万物从时间之初就被锁定了,要是它成立,那些遥远类星体看似随机,其实是在照着大爆炸时写好的剧本念台词,连它们发出的光会怎样恰好匹配实验室里光子的状态,都早有安排。
在这套规则下,根本不存在独立的实验,科学测量不过是幻象,人类没有自主权,没有自由意志,也没有什么是随机的。
贝尔本人早在1980年代就承认,确实有条路能绕开超光速和幽灵作用,但那需要彻底的决定论,需要自由意志完全缺席,可他同时觉得这个概念不可信,多数物理学家也把它当成无法检验的逃避。
随着研究推进,科学家被逼到墙角:要么超级决定论成立、整个宇宙被硬编码,要么爱因斯坦错了、局域实在论被证伪,多数人选择后者。
可局域实在论一旦错了,人类对时空的认知也得跟着变。牛顿把空间看成坚硬空旷的舞台,爱因斯坦把它升级成时空织物,但在他们眼里,时空始终是承载现实的背景,宇宙贝尔实验却把这层背景打碎了。
有个形象的类比,滚烫的水摸上去烫手,可单个水分子并没有温度,只是动能变大,热是大量分子碰撞才涌现的性质。
理论物理学家把这套逻辑搬到时空上,认为时空不是舞台,而更像无数纠缠粒子交换信息才涌现出的副产品,他们又提出全息原理,主张3D现实其实是宇宙边缘一块巨大2D屏幕投射出来的;
那块屏幕上没有引力、没有距离,只有一堆量子比特彼此作用,就像看3D电影,物体仿佛扑面而来,伸手去摸屏幕,一切却是平的。
这恰好解释了幽灵作用,两个粒子在2D屏幕上本就纠缠,根本不需要隔着几光年神秘通信,只是人类误以为它们遥远,连时间的线性流淌,可能也是大脑对量子信息的误读。
2022年,阿斯佩、克劳泽和蔡林格凭借纠缠光子实验共获诺贝尔物理学奖,量子信息科学就此打下地基,而人类也被推到两难:相信超级决定论,自由意志是假的;拒绝它,就得承认时空只是错觉。
热门跟贴