2022年的诺贝尔物理学奖,颁给了三个人:阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·蔡林格。
理由是"用纠缠光子实验验证了贝尔不等式"。
如果你看完这个新闻一脸懵,不知道这三个人干了什么,也不知道"贝尔不等式"是个什么东西,那很正常。
这玩意儿听起来就像一个冷门的数学定理,跟咱们的日常生活八竿子打不着。
但我要告诉你,这个看起来不起眼的东西,可能是整个科学史上最让人后背发凉的发现。
它把"这个世界到底是不是客观存在的"这个问题,从哲学家的口水仗,变成了一个可以做实验来回答的问题。
而实验结果,到现在还让不少物理学家睡不着觉。
故事得从一双手套讲起。
你买了一双手套,左手一只右手一只。
你随便把它们塞进两个盒子里,一个盒子寄到北京,一个盒子寄到上海。
然后你当着快递员的面拆开北京那个盒子,发现是一只左手套。
这时候你连眼皮都不用抬,就知道上海那个盒子里一定是右手套。
问题来了:当你拆开北京盒子的那一瞬间,上海那只手套"知道"自己应该是右手套了吗?
当然不知道。
道理很简单。这两只手套从一开始就已经定好了是左是右,你只是打开盒子看了一眼而已。
在你打开之前,它们就已经是那样了,跟你看不看、什么时候看、用什么方式看,一点关系都没有。
这就是我们普通人对世界的常识理解。
一个东西在那儿是什么样,它就是什么样的,跟我们观不观测它没有半毛钱关系。
说白了,这就是"实在论":世界是客观存在的,就算人类全死光了,月亮还是挂在天上。
爱因斯坦也是这么想的。
而且他比我们想得更深。他觉得,量子力学之所以一天到晚说什么"叠加态""概率""不确定",纯粹是因为这个理论还不够完善,没有把真正的底层规律挖出来。
用他的话说,上帝不掷骰子。
时间来到1935年。
爱因斯坦跟两个同事,波多尔斯基和罗森,一起写了一篇论文,这就是后来大名鼎鼎的EPR论文,EPR三个人姓氏的首字母拼起来。
这篇论文的核心意思,简单讲就是一句话:量子力学是不完备的。
他们设计了一个思想实验。
想象一个不稳定的粒子,一下子分裂成两个,叫A和B,朝相反的方向飞出去。按照量子力学的说法,这两个粒子是"纠缠"在一起的,不管它们飞多远,只要你测量了A,B的状态就立刻确定了。
爱因斯坦说,这不可能。
为什么不可能?
因为A和B已经飞远了,它们之间不可能有什么即时的信号传递,不然就超光速了,相对论不答应。所以唯一合理的解释就是:A和B在分裂的那一刻,各自的状态就已经定好了。我们测量A的时候发现它是这个状态,只不过是因为我们之前不知道而已,并不是我们"创造"了这个状态。
说白了,这跟那副手套是一回事。
爱因斯坦管这种理论叫"隐变量理论"。
意思就是,量子力学看起来不靠谱,是因为还有一些我们没发现的变量,把这些变量找出来,一切就清楚了。
就像我们现在觉得掷硬币是随机的,但其实只要你知道硬币的重量、抛出去的角度、空气的阻力,你完全可以算出它正面还是反面。
爱因斯坦觉得,量子世界的"随机性"也是这么回事,只是我们还没找到那些隐藏的变量而已。
这篇论文出来之后,整个物理学界都懵了。
玻尔,量子力学的教父级人物,看到这篇论文之后憋了好几个月,终于写了一篇回应,标题跟EPR那篇一模一样。
但是回应的内容……怎么说呢,有点含糊其辞。
玻尔的大意是:你不能这么问问题,因为在量子世界里,"粒子在被测量之前到底是什么状态"这个问题本身就没有意义。
这就很扯皮了。
两边谁也说服不了谁。
爱因斯坦说量子力学不完备,玻尔说你不懂量子力学。
两个人就这么争了几十年,争到两个人都去世了,也没争出个结果。
为什么?
因为这两边的说法,看起来根本就是在争一个"看不见摸不着"的东西。
你说粒子在测量之前就有确定状态,我说没有。
可是你怎么验证呢?
你一测量,它就坍缩了,你永远也看不到"测量之前"是什么样。
这就像两个宗教在争论"天堂里有没有花",谁也拿不出证据。
所以这个问题,在当时,基本上被认为是一个哲学问题,而不是一个物理问题。
物理学家们该干嘛干嘛,反正量子力学算出来的结果跟实验对得上,好用就行,至于"本质是什么",那就留给哲学家去头疼吧。
顺便说一句,"纠缠"这个词,其实是薛定谔起的。
他在看完EPR论文之后,给爱因斯坦写了一封信,说这个现象才是量子力学的真正核心,是量子力学跟经典物理最不一样的地方。
他管它叫"Verschränkung",德语里就是"缠绕在一起"的意思,翻译成英文就是entanglement。薛定谔当时就意识到,这个东西太重要了,重要到他觉得这才是量子力学的本质特征,而不是什么边角料。
但是意识到归意识到,怎么验证,谁也不知道。
你想想看,那可是1935年。
希特勒刚上台没几年,二战马上就要打了。欧洲的物理学家们有的在逃难,有的在搞原子弹,谁有心思坐下来讨论"粒子在没人看的时候到底是什么状态"?
而且更关键的是,当时大家觉得这事儿根本没法做实验验证。你总不能跑到实验室里去,在粒子还没被测量的时候"偷看"一眼吧?你一偷看,它就变了。这就像你想看看"没熟的饭"到底是什么味道,可是你一尝,它就熟了。
所以这个问题就这么被搁下了。一搁就是将近30年。
30年是什么概念?爱因斯坦从一个头发花白的老头子,变成了教科书里的名字。玻尔也去世了。当年争论的那一代人,基本都走了。
但是问题没有消失。它只是在那里等着,等一个人来把它从哲学变成物理。
但是有一个人不服气。
他叫约翰·贝尔,一个爱尔兰人,在欧洲核子中心上班。他的本职工作是研究加速器设计的,整天跟磁铁和真空管道打交道,跟量子力学的基础问题八竿子打不着。
但是贝尔对EPR这事儿一直耿耿于怀。他私下里偷偷琢磨这个问题,在1964年写了一篇论文。
这篇论文当时根本没人看。因为贝尔不是搞这个方向的,论文发表在一个没什么名气的期刊上,引用次数少得可怜。用他自己的话说,他这是"在工作之余干私活"。
但是这篇论文,后来被认为是整个20世纪物理学最重要的论文之一。
贝尔干了一件什么事呢?他把爱因斯坦和玻尔之间那个"看起来没法验证"的争论,变成了一个可以用实验数据来判胜负的不等式。
说白了,贝尔找到了一个办法,让"粒子在测量之前到底有没有确定状态"这个问题,不再是嘴上说说,而是真的可以做实验来验证。
这就是贝尔不等式。
说出来你可能不信,贝尔本人其实是同情爱因斯坦的。
他自己就搞过一个隐变量理论,德布罗意-玻姆力学,这个理论就是给量子力学加了一个"导航波",让粒子始终有确定的轨迹。贝尔觉得,量子力学现在这个样子,实在是太怪了,肯定还有什么东西我们没看到。
所以他提出这个不等式,本来是想给爱因斯坦一个机会。他想证明,如果你真的做实验,结果应该符合这个不等式,那就说明隐变量是存在的,爱因斯坦是对的。
结果呢?结果出来之后,他自己都傻了。
贝尔的思路特别巧妙,而且不需要任何高深的数学。
他说,好,我们现在有一对纠缠粒子,分别发给两个人,一个叫爱丽丝,一个叫鲍勃。
他们各自可以从三个测量方向里随便挑一个,我们管这三个方向叫X、Y、Z,三个方向之间的夹角都是120度。
每个测量都只有两种结果:通过,或者不通过。而且我们事先规定,如果爱丽丝和鲍勃选了同一个方向,他们的结果一定是一样的:要么都通过,要么都不通过。
现在,按照爱因斯坦的说法,这对粒子在飞出去之前,状态就已经定好了。那我们就可以把所有可能的情况都列出来。
每个粒子在三个方向上的测量结果,无非就是"通过"或"不通过",三个方向,每个两种可能,一共就2×2×2=8种组合。比如:在X方向通过,Y方向不通过,Z方向通过;或者三个方向都通过,等等。
不管这对粒子是哪一种,它都跑不出这8种可能。
然后爱丽丝和鲍勃每次随机选一个方向测。如果他们选了同一个方向,结果一定一样,这个我们已经知道了。
关键是看他们选了不同方向的时候,有多少次结果不一样。
我们来数一下。在8种可能里,如果爱丽丝选了X方向,鲍勃选了Y方向,他们俩结果不一样的情况,最多占多少?
你自己在纸上画一下就知道了。不管是哪一种组合,爱丽丝和鲍勃选了不同方向时,结果不一样的概率,加在一起,有一个上限。
这个上限是多少呢?5/9。
也就是说,按照爱因斯坦的说法,大量实验做下来,爱丽丝和鲍勃得到不同结果的概率,一定不会超过5/9。
这就是贝尔不等式的核心。
你可能会问,为什么是5/9?这个数字怎么来的?
其实很好理解。
爱丽丝和鲍勃选方向,一共有3×3=9种组合。
其中3种是同一个方向(XX、YY、ZZ),这时候他们结果一定一样。剩下6种是不同方向。在爱因斯坦的框架下,不管粒子是哪一种状态,这6种不同方向的组合里,最多有多少种会出现结果不一样?
你把8种状态一种一种数过去就会发现,不管怎么组合,这个"不一样"的次数,加起来不会超过总数的5/9。这是一个纯粹的计数问题,跟物理没什么关系,就是一个简单的逻辑不等式。
但是就是这么一个简单的不等式,后来把整个物理学界给掀翻了。
那量子力学怎么说呢?
量子力学说,粒子在测量之前根本没有什么"确定状态",它是叠加态。那这时候我们算一下,如果爱丽丝选了X方向测,发现粒子通过了,那鲍勃手里那个粒子的状态就瞬间确定了,它在X方向也是通过的。
但是鲍勃不选X,他选Y方向测。这时候会发生什么?
按照量子力学的计算,鲍勃在Y方向上测到"不通过"的概率是多少呢?
是3/4。
为什么是3/4?因为X方向和Y方向之间的夹角是120度。一个粒子在X方向上已经坍缩成"向上"了,那它在Y方向上的波函数分布是不均匀的,它更"偏向"Y方向的反方向。
量子力学算出来,这个偏向的概率就是3比1。
也就是说,只要爱丽丝和鲍勃选了不同的方向,他们俩结果不一样的概率就是3/4。
那我们算一下总的情况。爱丽丝和鲍勃选方向,一共9种组合。其中3种是同一个方向,这时候他们结果一定一样,概率1。剩下6种是不同方向,这时候结果不一样的概率是3/4。
那总的不一样的概率就是:(6/9)×(3/4) = 1/2。
看出来了吧?
按照爱因斯坦的说法,不一样的概率最多是5/9,大概是55.6%。
按照量子力学的说法,不一样的概率正好是1/2,也就是50%。
这两个数字不一样!55.6%和50%,差了5.6个百分点。
这个差距虽然不大,但是是可以测量出来的。只要你实验做得足够精确,样本量足够大,你就能看出来到底是哪个。
只要我们做实验,看看实际测出来的不一样概率到底是接近5/9还是接近1/2,不就知道谁对谁错了吗?
爱因斯坦如果对了,实验结果应该大于等于5/9。
玻尔如果对了,实验结果应该等于1/2。
就这么简单。
说起来简单,做起来难。
为什么难?因为你得造出一对纠缠粒子,让它们飞出去老远,然后在飞行过程中随机选方向测量,而且还得保证它们之间没有任何偷偷"通信"的机会。
你可能会说,这不就是在实验室里搭个台子嘛,有那么难吗?
真的难。
首先,你得能稳定地制造出纠缠粒子对。
说起来好像很简单,拿一个光子,通过一个特殊的晶体,它就会分裂成两个能量更低的光子,这两个光子就是纠缠的。
但是实际操作起来,成功率极低,你可能打出一万个光子,只有寥寥几对能成功纠缠上。而且这对粒子非常脆弱,稍微跟空气分子碰一下,跟墙壁撞一下,纠缠就断了。所以你得把它们放在真空里,用镜子反射,用光纤传送,稍微有点差池就前功尽弃。
其次,你得让两个测量点离得足够远。
近了的话,哪怕信号是光速传播的,你也来不及判断"它们有没有偷偷串供"。所以后来的实验,两个测量点之间的距离从几米拉到了几百米,再到几公里,甚至卫星轨道上的上千公里。距离越远,实验就越难做,但是结果就越可信。
这个实验,一搞就是几十年。
第一个真的把这个实验做出来的人,叫约翰·克劳泽。就是2022年诺贝尔奖得主之一。
不过克劳泽当年做实验的时候,可是顶着很大压力的。
因为当时整个物理学界都觉得这个问题不值得做,反正量子力学是对的,实验结果还用说吗?而且克劳泽做这个实验,跟他的本职工作没关系,纯粹是自己的兴趣。他甚至为了做这个实验,自己搭设备、自己凑零件,把实验室搞得一团糟。
1972年,克劳泽第一次做出了结果。结果是什么呢?
实验数据违反了贝尔不等式。
也就是说,爱因斯坦错了。
量子力学是对的。
但是这个结果出来之后,很多人不服气。
为什么?因为实验有"漏洞"。
什么漏洞呢?
比如说,爱丽丝和鲍勃选方向的速度太慢了,慢到粒子之间有足够的时间"偷偷通信"。如果粒子之间真的有某种信号传递,哪怕这个信号很慢,只要实验设备反应不够快,就可能给它们留下串供的机会。
还有一个漏洞更要命:你测到的粒子可能只是一小部分,大部分粒子都漏掉了。如果漏掉的那些粒子恰好是"符合爱因斯坦预期"的,那你看到的结果就被筛选过了,当然不准。这叫"探测效率漏洞"。
为了堵这些漏洞,一个叫阿斯佩的法国物理学家,在1980年代做了一个更精妙的实验。
他让爱丽丝和鲍勃选方向的速度变得极快,快到什么程度呢?快到在粒子飞过去的那一瞬间,方向才随机切换。
这样一来,两个粒子之间根本来不及串通消息,因为方向是最后一刻才定的,你之前怎么准备都没用。
实验结果呢?还是一样,贝尔不等式被违反了。
后来又有很多人做了更多更精密的实验,堵上了一个又一个漏洞。蔡林格团队在奥地利做的实验,甚至把纠缠光子送到了几百公里之外,结果还是一样。2015年,好几个团队同时宣布,把主要漏洞都堵上了,结果还是一样,贝尔不等式就是不成立。
再举个通俗的理解来理解贝尔不等式。
今天降温,你们班同学肯定都裹得严严实实的。我问你个事儿啊,你站在教室门口随便数数:穿了羽绒服但没戴围巾的,有m个人;戴了围巾但没戴手套的,有n个人;穿了羽绒服但没戴手套的,有k个人。
你先别真去数,就凭直觉猜一下:m+n和k,哪个更大?
很多人第一反应是:这仨数都是瞎编的,它们之间能有啥关系?m可能大,k也可能大,完全看今天大家怎么穿呗。
错了。答案是:m+n永远大于等于k,不管今天大家怎么穿,这个关系都不会变。
你可能觉得我在扯淡。这仨数明明是随便统计出来的,凭什么非得绑在一起?
我给你拆一下你就懂了。
你想啊,穿羽绒服但没戴围巾的人,是不是还能再往下分两拨?一拨是连手套也没戴的,另一拨是戴了手套的。对吧?一个人不可能既戴了手套又没戴手套,所以这两拨加起来正好就是m。
同样的道理,戴了围巾但没戴手套的人,也能分成两拨:一拨是没穿羽绒服的,另一拨是穿了羽绒服的。这两拨加起来就是n。
好,现在把m和n叠一块儿,你看看里面到底装了哪些人:穿羽绒服没围巾也没手套的、穿羽绒服没围巾但戴了手套的、戴围巾没手套也没穿羽绒服的、戴围巾没手套但穿了羽绒服的。四拨人,齐了。
你再仔细瞅瞅,这里面第一拨(穿羽绒服没围巾没手套)和第四拨(穿了羽绒服戴围巾但没手套),合起来是个啥?不就是"穿羽绒服但没戴手套"的所有人吗?这不就是k嘛!
所以m+n = k + 另外两拨人。另外两拨是啥?是"穿羽绒服没围巾但戴了手套的",还有"戴围巾没手套但没穿羽绒服的"。这两拨人不管有几个,反正人数总不能是负数吧?
所以m+n = k + 两个非负数,那m+n当然就大于等于k了。
就这么简单。你说这是小学数学题吧?还真是,小学三年级都能算明白。但就是这么一个看起来傻乎乎的不等式,在物理学史上炸出了一声惊雷。
因为这玩意儿,就是贝尔不等式的一个变种。
2022年,诺贝尔奖委员会把物理学奖颁给了克劳泽、阿斯佩和蔡林格,理由就是他们"用纠缠光子实验,验证了贝尔不等式在量子世界里不成立,并开创了量子信息科学"。
这时候离贝尔提出那个不等式,已经过去了将近60年。
贝尔本人没等到这一天,他1990年就去世了,享年62岁。
讽刺的是,他去世那年刚好被提名诺贝尔奖,但是诺奖不颁给去世的人。
好了,现在问题来了。
贝尔不等式被违反了,到底意味着什么?
我们前面说了,贝尔不等式的成立,依赖于两个前提:
第一个叫"实在性":不管你测不测,粒子在每个方向上都有确定的状态。月亮在没人看的时候,它就是在那儿的。
第二个叫"定域性":两个离得很远的粒子,不能瞬时互相影响,任何信号的传递速度都不能超过光速。你在地球上戳一下火星上的东西,它不可能立刻有反应。
贝尔不等式被违反,就说明这两个前提,至少有一个是错的。
也就是说,我们必须放弃至少一个我们直觉上觉得天经地义的东西。
要么放弃实在性。意思就是,粒子在被测量之前,真的没有确定状态,月亮在没人看的时候真的不存在。
要么放弃定域性。意思就是,两个粒子之间真的有某种超光速的瞬时影响,不管隔多远,测了一个另一个立刻就"知道"了。
这两个选择,哪个都不好受。
放弃实在性?那"客观世界"就不存在了,一切都跟我们的观测绑在一起,这也太唯心了吧。
放弃定域性?那相对论就塌了,超光速信号就意味着因果律可能出问题,结果可以跑到原因前面去,那就更荒谬了。
这就是贝尔定理最让人崩溃的地方。它不是说"量子力学有个地方跟直觉不一样",而是说,整个世界的底层,要么不是我们以为的那样"实在",要么不是我们以为的那样"定域"。
不管选哪个,世界观都得重写。
有个物理学家叫斯塔普,他说贝尔定理是"整个科学史上最深远的发现"。还有个物理学家叫派斯,他更狠,说"谁要是不为贝尔定理感到困扰,他脑子里一定是进水了"。
我第一次看到这句话的时候,觉得这也太夸张了吧。后来仔细想了想,他说得对。
但是先别慌。
这里有个很关键的细节,很多科普文章都没讲清楚。
虽然两个纠缠粒子之间看起来有"瞬时影响",但是这种影响是不能用来传递信息的。
为什么不能?因为你测出来的结果是完全随机的。
你这边得到一个"通过",你不知道这是因为粒子本来就是这样,还是因为你测量导致的坍缩,你更不知道对方那边测出来的是什么。你只能在实验结束之后,把两边的数据拿过来比对,才发现它们之间有关联。
在比对之前,你手里的数据就是一堆毫无规律的随机数,跟抛硬币没区别。你想传一个"是"或者"否"?对不起,你做不到。因为你控制不了你这边测出来的是什么,它就是随机的。
所以,你没办法用这个超光速影响来发微信、打电话、传任何有用的信息。
这就意味着,相对论其实没有被推翻。超光速信号是不存在的,因果律是安全的。你不会看到一个结果跑回过去阻止自己出生的悖论。
但是,"定域实在论"确实死了。
也就是说,你不能同时主张"世界是客观实在的"和"两个离得远的东西不能瞬时互相影响"。这两件事,实验证明它们不能同时成立。
这个结论有多反直觉?我给你打个比方。
你和朋友分别走进两个房间,每个房间里有三个按钮,标着X、Y、Z。你们各自按一个按钮,灯就会亮红或者蓝。你们事先约好:如果按了同一个按钮,灯的颜色一定一样。
按照常识,这一定是因为你们俩在进房间之前就约好了:"如果我们都按X,就亮红灯;都按Y,就亮蓝灯……"这就是隐变量理论。
但是实验说,不对。你们俩根本没有任何约定。每次按按钮的时候,结果都是现选的,随机的。可是不管你俩隔多远,只要你们碰巧按了同一个按钮,颜色一定一样。
这怎么可能?
唯一的解释就是,你们俩之间有某种我们不理解的联系,这种联系不通过任何信号、任何媒介,就是"知道"对方按了什么、结果是什么。
但是这种联系又不能用来传信息,因为结果是随机的。
诡异不诡异?
那有没有第三条路呢?
还真有。
贝尔自己就提到过一种可能性,后来被称为"超级决定论"。
什么意思呢?
就是说,我们刚才整个论证过程里,有一个隐藏的假设:爱丽丝和鲍勃选哪个方向测量,是"自由"的,是随机的,跟那对粒子的状态没有关系。
但是如果这个假设不成立呢?
如果宇宙从大爆炸那一刻开始,所有的事情,包括爱丽丝今天早上吃了什么,鲍勃在实验的那一瞬间选了哪个方向,粒子当时是什么状态,全部都是事先注定好的呢?
在这种情况下,粒子根本不需要"瞬时影响"对方。因为它们早就"知道"爱丽丝和鲍勃会选哪个方向了。从宇宙诞生的那一刻起,所有的一切,包括你现在读这篇文章、你点了哪个赞,都是写好的剧本。
这就好像你和你朋友约好了一起出门,你知道他会走哪条路,他也知道你会走哪条路,你们在路上同时出现,并不是因为谁瞬时影响了谁,而是因为你们早就约好了。
这样一来,定域性保住了,实在性也保住了,但是代价是什么呢?
代价是,我们没有自由意志。
我们以为我们在做实验、在选方向,其实我们根本没得选。从宇宙大爆炸开始,一切都写好了。你现在觉得"我在自己思考",这个感觉也是假的。
贝尔本人对这个解决方案的态度是:它在逻辑上说得通,但是代价太大了。他说,如果真的是这样,那我们做实验还有什么意义?因为实验者的选择本身都是被决定好的,那实验结果当然也会"配合"这个决定,这就变成了循环论证。
后来,两个物理学家康威和科亨,提出了一个"自由意志定理",大致意思是:如果实验者真的有自由意志,可以自由选择测量方向,那么粒子的行为也一定是"自由"的,不能被任何过去的因素完全决定。
反过来讲,如果粒子的行为是被决定好的,那我们的自由意志也是假的。
所以现在我们面前,摆着三个选项:
1. 放弃实在性。世界在没人看的时候,没有确定的状态。
2. 放弃定域性。两个粒子之间有超光速的瞬时联系。
3. 放弃自由意志。我们以为的"选择",其实都是宇宙写好的剧本。
这三个里面,你只能选两个。
不管你选哪个,都够你消化一阵子的。
说句题外话。
很多人第一次听到贝尔定理的时候,都会觉得这是物理学家在故弄玄虚。"粒子测不测跟我有什么关系?月亮在没人看的时候在不在,关我屁事?"
还真不是关你屁事。
我们现在用的很多技术,都是建立在量子纠缠的基础上的。
量子计算机、量子加密通信、量子隐形传态,这些东西不是科幻,是已经在实验室里做出来的技术。
中国的"墨子号"量子卫星,就是用纠缠光子来做加密通信的。为什么这种加密是绝对安全的?因为如果有人偷听了,纠缠态就被破坏了,通信双方立刻就能发现。这不是什么数学难题难倒了黑客,这是物理定律本身就不允许你偷偷看,你一看,状态就变了,对方立刻就知道。
而这一切的理论基础,就是贝尔定理。
你今天刷手机、用移动支付、享受互联网带来的便利,背后多多少少都跟量子力学有关。而量子力学到底是怎么回事,贝尔定理给了我们一个确定的答案:它不是我们"还没搞清楚"的暂时状态,而是世界本身就是这个样子。
现在有个领域叫量子信息科学,就是专门利用这种纠缠效应来做计算、做通信的。
蔡林格拿诺贝尔奖,一半是因为验证了贝尔不等式,另一半就是因为他开创了这个领域。他的团队在1997年第一次实现了"量子隐形传态",把一个粒子的量子态,从一个地方"传送"到另一个地方。注意,不是传送粒子本身,是传送它的量子态。这件事听起来像科幻,但它是真的,而且已经做出来了。
我每次给人讲贝尔不等式,讲到最后,对方一般都沉默一会儿,然后说一句:"这也太扯了吧。"
是挺扯的。
但是实验结果就摆在那里,几十年了,一代又一代的物理学家想把它推翻,想找出实验哪里有漏洞,想证明爱因斯坦其实是对的。结果呢?越做越精密,结果越确定。
这就是科学有意思的地方。它不关心你觉得合不合理,它只关心实验数据是什么。
你可以不喜欢这个结果,你可以觉得世界不应该是这样的,但是实验就摆在那里,你爱信不信。
爱因斯坦当年说,上帝不掷骰子。玻尔的回应是,你别去指挥上帝该怎么做。
现在看来,上帝不但掷骰子,而且他把骰子扔到了我们找不到的地方。
至于那个地方到底是什么样,我们到现在也没完全搞清楚。有人说是多世界——每次测量,宇宙就分裂一次,所有可能的结果都在不同的平行宇宙里发生了。有人说是退相干——粒子跟环境一作用,叠加态就自动消失了,跟看不看没关系。有人搞了一大堆解释, each one比一个离谱。
但是不管哪种解释,都得面对同一个实验事实:贝尔不等式就是被违反了,定域实在论就是死了。
这才是最硬核的部分。不是哪个理论解释得好,不是哪个哲学家说得漂亮,是实验就摆在那里,它不跟你商量。
我们人类这个物种,在这个宇宙里待了几十万年,一直以为自己对世界的直觉是靠谱的。苹果往下掉,太阳从东边出来,一个东西在那儿就是在那儿。这些直觉帮我们活了下来,让我们发明了农业、工业、手机。
但是到了量子世界,这些直觉全失灵了。
这不是因为我们还没搞清楚,而是因为世界的底层,本来就不是我们直觉以为的那个样子。
你说这是坏事吗?我倒觉得不一定。
如果世界真的就是我们直觉以为的那个样子,那才叫无聊。正是因为它比我们想的要奇怪、要神秘、要超出想象,我们才有继续探索下去的动力。
贝尔当年提出那个不等式的时候,大概也没想到,他这个在工作之余随手写的东西,会把整个物理学搅得天翻地覆。更没想到的是,几十年后,他当年用来"证明爱因斯坦是对的"那个工具,反而成了证明爱因斯坦错了的最有力武器。
这大概就是科学最迷人的地方。你以为你在证明一个东西,结果你发现你打开了一扇门,门后面是一个你完全没想到的世界。
我有时候会想,如果爱因斯坦多活20年,看到了阿斯佩的实验结果,他会说什么?
他大概率不会耍赖。他那种人,一旦实验数据摆在面前,他会承认自己错了。但是他一定会追问:那为什么?为什么世界是这样的?背后还有没有更深的道理?
这就是爱因斯坦跟我们不一样的地方。他不是那种"实验怎么做就怎么认"的实用主义者,他总是想追问那个"为什么"。可是贝尔定理恰恰告诉我们,有些"为什么",我们可能永远也答不上来。
你可以选实在性,那你就得接受世界在没人看的时候是一团模糊。你可以选定域性,那你就得接受两个粒子之间有某种超距的联系。你也可以选自由意志,那你就得接受我们都是宇宙的提线木偶。
三个里面选两个,你选哪两个?
这个问题没有标准答案。科学家们自己也吵了几十年,到现在也没吵出个共识来。
但是至少我们知道了一件事:这个世界,比我们以为的,要诡异得多。
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