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量子纠缠：上帝是个赌徒！
爱因斯坦+诺贝尔=上帝是个赌徒！
文｜罗金海
源｜量子学派
引
20世纪物理学可谓波澜壮阔，荡气回肠。其中震撼人心的成就，非量子力学莫属。全世界的天才普朗克、爱因斯坦、狄拉克、薛定谔、德布罗意、玻尔、玻恩、海森堡、泡利、贝尔、费曼……等等都沉迷其中。
量子力学实在太深邃，太神奇，甚至太玄乎。比如量子纠缠，又被称为“一个幽灵般的超距作用”。
2022年，诺贝尔物理学奖的三位得主，长期以来从实验上给出答案。他们解答了贝尔不等式，助攻了量子力学，确认了上帝就是一个赌棍。
下面，就让我们用最通俗易懂的方式，告诉8岁以上的朋友们：为什么上帝掷骰子！
正是因为这样的较量，才让量子力学得以成为正统显学。
参与较量的双方，一边是史诗级的大神，一边是天才们的黄金战队：
关于量子力学的较量，一共进行过三次。正是这三次颇具影响力的思想对决，奠定了量子力学的世界级地位，使它成为20世纪最伟大的量大理论之一。“上帝掷骰子”吗？也成了争议的焦点所在。
那是一个不寻常的年份。这一年的10月24日，第五届索尔维会议召开。这是双方第一次较量。
此次会议之前，以玻尔为首的哥本哈根学派，围攻了爱因斯坦的跟班薛定谔，并提出一个让所有人瞠目结舌的理论：世界万物都是随机的！
爱因斯坦非常不爽，他来参加这次会议也是专程想找玻尔麻烦的。整个物理界能排得上号的人基本都来了。大家也心知肚明，这次有好戏看了。
大家还记得下面这张图吗？
爱因斯坦、玻尔、薛定谔、德布罗意、波恩、普朗克、朗之万、狄拉克、居里夫人……29个人，其中17个人是诺贝尔奖获得者！
爱因斯坦首先向哥本哈根派发难。他提出一个模型：一个电子通过一个小孔得到衍射图像。
你们说，电子在到达感应屏前都不确定，达到的一瞬间概率就变成了100%?这种随机性不是要以超距作用为前提吗？这是违背相对论的！
哥本哈根派内心一阵颤栗……这可是大咖爱神，大当家玻尔的偶像。面对反方大BOSS，哥本哈根派大哥玻尔站了起来。
他有些不忍反击，试图先打感情牌：难道不正是你第一次提出光的波粒二象性吗？难道不正是你帮我奠定了“旧量子论”的基石？难道你不更应该接受更新的量子力学，把理论向前推进一步？
可此时的爱因斯坦，已经吃了秤砣铁了心：别跟我打感情牌，我只站在真理一边。
玻尔见偶像不回应，只好狠下心回击：你这个模型，同样不能避免测量仪器，对电子不可控的相互作用。电子在通过A缝时，如果不超距，怎么感知旁边没有其他的缝呢？
也就是说，其实你这个模型也符合量子理论，你还要反驳我们吗？
爱因斯坦想反驳，可憋了半天硬是没憋出一个字。
低估了对手实力，爱因斯坦很不服气。什么随机性，什么几率分布，这是科幻作家干的事。我一个受过正统教育的科学家，是绝不会放弃因果律的！
他又提出一个模型：电子双缝干涉实验。
若控制装置，让某一时刻只有一个粒子穿过，并分别关闭狭缝，电子的准确路径和位置就可以测出。
由干涉条纹又可以计算电子波的波长，从而可以精确确定电子的动量。怎么样，这下你们的测不准关系被否定了吧？
爱因斯坦自以为这一局一定稳胜。但玻尔却古怪的笑了：老爱，如果你关上其中任何一个狭缝，实验的状态就完全改变了！双缝开启干涉现象也不再出现，实验又回到了单缝状态，等于又多了一次不确定因素！
爱因斯坦目瞪口呆，这个实验，不仅没反驳成功互补原理，反而用互补原理说明了波粒二象性！
1930年，第六届索尔维会议召开。这是第二次较量。同样的季节，同样的地点，同样的老相识。
这次，爱因斯坦有备而来，先发制人。快准狠地打出一个实验：光箱子。
箱子里有n个光子，间隔△t时间打开箱子，每次只放出一个光子，△t确定。再用理想的弹簧秤测出箱子质量轻了△m，将△m代入质能方程E=mc²，△E也确定。既然△E和△t都确定，那你们家不确定性原理，△E△t>h，也就不成立!
第二天一大早，一夜没合眼的玻尔，顶着两个浓重的黑眼圈，出现在台上。
好，你说一个光子跑了，箱子轻了△m，这没问题。
那怎么测量这个△m呢？
老爱你是不是忘了，你自己广义相对论中的红移效应？
引力场可以使原子频率变低，等效于时间变慢。你想要测量△m或△E，可你其实根本没办法控制光子逃出的时间△t，它测不准！
这一招实在太狠，对方竟然用自己的独门绝技打败了自己？爱因斯坦再一次哑口无言。第二次较量，爱因斯坦又输了。
1935年，爱因斯坦率领两个小弟，再一次向哥本哈根学派发起进攻。进攻的号角，是一篇论文：《量子力学对物理实在的描述可能是不完备的》。
这是爱因斯坦与玻尔的第三次对决。这一次，爱因斯坦吸取了教训，不再攻击量子论是错误的，而说它是“不完备”的。
爱因斯坦有两个“执念”：一个是，怎么可能有超光速信号的传播？爱因斯坦叫它为“定域性”。另外一个是“实在性”：你不去看，难道天上的月亮就不存在了吗？
来说明量子力学违背了定域实在论：一个母粒子，分裂成两个自旋方向相反的子粒子A和B。
这两个粒子互相影响：如果A为“左旋”，那么B一定“右旋”，以保持总体守恒，反之亦然。
按照量子理论，即使将A、B分隔在银河系两端，相隔10万光年以上，你对A吹一口气，B也能在一瞬间做出反应。
爱因斯坦心里想：这难道不是一种鬼魅般的超距作用吗？怎么可能有超光速信号？这不违背了定域实在论吗？
这显然不可能。因此，量子力学并不完备！
综上所述，就是整篇论文的论据。这个思想实验，也叫做“EPR佯谬”，命名灵感来自三人名字的缩写。
爱因斯坦心里想：玻尔，这一次你别想睡踏实了！
但玻尔却淡定地给出了反击：老爱，我就问你，当你假定两个粒子在观察前，就已经有个“客观”的自旋状态存在，这两个客观存在的粒子，究竟从哪儿来的？
玻尔此次回应并没有说服爱因斯坦，双方之间的较量陷入僵持之中。因此，尽管量子理论体系越来越丰富，在一次又一次的实验中取得胜利，但质疑的声音却从未停止。
这两个伟大科学家之间的较量，早就超越了个人之间的战争，因为这是一场关于世界本质的辩论。微观世界到底符合古典的定域实在论，还是量子不确定性?最终一定要做个了断。
爱因斯坦1955年死去后，薛定谔，泡利，玻尔也相继去世，诸神的黄昏，让人唏嘘。物理学上的黄金一代最终落下帷幕，那高山仰止的时代一去不返。但是关于量子理论的争议却延续至今，影响着后来一代又一代的天才。
微观的真相究竟如何？爱因斯坦与玻尔到底谁是对的？答案留给了一批新生代科学家，其中之一就是终结者：贝尔。
1964年，贝尔出手了。他不喜欢量子力学那听上去主观唯心的一套，他想要的是一个确定的、客观的世界。
可爱因斯坦这么多年都没有成功，区区贝尔，能行吗？
贝尔有自己隐藏的绝招，绝招就是1952年玻姆提出的隐变量。
当年薛定谔的猫闹事，玻姆想用隐变量来哄猫，可猫没哄成，他自己反而还被轰下了台。在新一代大神冯·诺依曼的禁锢中，隐变量举步维艰。
可贝尔坚持认为，隐变量是反击哥本哈根学派的“大杀器”。
相比哥本哈根那玄乎的一套，贝尔更喜欢隐变量理论。虽然玻姆的隐变量抛弃了定域性，但它至少恢复了世界的实在性。
只要在这基础上，再证明一个定域隐变量的存在，那就证明了量子力学的非定域性也是错的。
于是，贝尔撸起袖子，研究起了爱因斯坦的老实验：EPR。
在EPR里，一个母粒子分裂成了：两个自旋方向相反的子粒子A和B。
按照爱因斯坦一派隐变量的思想，两个子粒子A和B，就像南北极的两只手套不管你观测不观测，它们是左手还是右手，在分开那时起就已经确定了。
先将A、B两个粒子，放在一个三维空间XYZ中，如果A粒子在X方向上自旋为+，B粒子在X自旋必定为—。
再假设某个Pxy平面,是粒子A在x方向上，和粒子B在y方向上的相关性，平面Pzy、Pxz同理，则可得出:
亢奋的贝尔一头栽进了A、B粒子的纠缠中，最后他推导出一个数学公式，它就是著名的贝尔不等式：
它是一个神奇宝贝，对宇宙的本质做出了最后的裁决。
它意味着，如果我们的世界同时满足定域性和实在性，那么，两个具有相反自旋方向的粒子，其运动必定受限于不等式。
简单来说，如果微观世界是经典的，那么不等式成立。反之，则不成立。
这个不等式的诞生，把一场充满着哲学色彩的科学争论，彻底转变为了一场用数学语言描绘的实验。
既然在物理世界没办法分出高下，就转战到更本质的数学领域，用数学来判断究竟谁对谁错。
这样一份严谨、客观的宇宙判决书，对量子力学、微观世界的命运，做出了最后审判。决战终于来临，一场伟大的宇宙审判一触即发。
1972 年，年仅30岁的美国物理学家约翰·克劳泽，成功做出了实验。这是史上第一个验证贝尔不等式的实验。
不过，结果让贝尔魂飞天外，那两个纠缠的粒子，竟然突破了贝尔不等式？？！
50年后，克劳泽获得了2022年的诺贝尔物理学奖。
1982年，在巴黎光学研究所，又一场惊心动魄、万众瞩目的实验正在进行，这一次所有人都屏住了呼吸。
这次的实验领导人，是正在攻读博士的法国物理学家阿兰·阿斯佩，也就是2022年的诺贝尔物理学奖另一位获奖者。
不同于克劳泽的「幼稚版」装置，阿斯佩的技术非常成熟。借助雷射的强信号源，一对对光子从钙原子中冲出，朝着偏振器奔去，它们关乎整个量子力学的命运。
在令人窒息的24小时等待后，结果出来了。实验再一次与贝尔想要的结果相反，波尔是对的，爱因斯坦又一次输了!
在克劳泽和阿斯佩之后，还有一大批追求完美的科学家也进行了实验。
1999年,维也纳大学的量子物理学家安东·塞林格，用碳60进行了双缝实验研究这个问题,他发现一个清晰的干扰模式。证明即使是像碳60这样0.7纳米的分子，也可以进行干涉试验。他是2022年的诺贝尔物理学奖第三位获奖者。
多年的“爱波之争”，终于在“宇宙判决书”贝尔不等式中，画上了句号。
上帝掷骰子，这个艰难而深邃的微观理论，从物理感官上的争论，再到数学不等式的转换，又从数学不等式再转变为物理实验。
克劳泽、阿斯佩、塞林格，这三位科学家的实验，让这场世纪大战，最终降下了帷幕。
回首第一个实验，竟然已经过去了50年。这些科学的圣徒，2022年才拿到自己的荣誉。也许，在他们心中这不过是额外的奖励。这正是科学的圣火代代不灭的原因。
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