人們常說,電子的雙縫干涉實驗是一個讓人震驚的實驗。但如果你覺得它已經足夠讓人難以接受,那麼還有一個實驗比它更具衝擊力,甚至可以說令人後背發涼,這就是貝爾不等式實驗。
科學的誕生,曾讓人們以為唯心主義可以被徹底摒棄,畢竟,物理學提供了清晰的因果關係,物質與物質之間的相互作用必須是客觀存在的,這就是經典物理的世界觀。在這個世界里,如果兩個物體之間沒有實際聯繫,它們就不會對彼此產生影響。然而,量子力學的出現,讓這種認知裂開了一道口子,而這一切的關鍵,便是量子糾纏現象。
想像一下,你手裡有一對特殊的骰子,隨便把它們扔到世界的兩個角落,甚至一個放在地球,一個送上火星。按常理來說,它們應該是各自獨立的,互不影響。然而,神奇的事情發生了——當你擲出其中一個骰子,無論它停在哪個數位上,另一個骰子也會瞬間呈現出特定的狀態,就像它們之間有某種看不見的神秘聯繫。這,就是量子糾纏。
這樣的現象顯然難以接受。按人類的經驗來看,事物的變化必須有一個明確的原因,不可能無緣無故產生關聯。愛因斯坦就堅決不相信這樣的“幽靈般的超距作用”,他認為,糾纏粒子之間一定存在某種隱藏的物理變數,只是我們暫時無法探測到它們,這就是著名的隱變數理論。相比之下,玻爾代表的哥本哈根學派則主張:世界本身就是不確定的,量子態的變化不依賴任何隱藏變數,而是隨機的。
如果愛因斯坦是對的,那麼世界仍然是我們熟悉的那個因果分明、確定性的世界;如果玻爾是對的,那麼這個世界就變得非常詭異,甚至可能意味著時間、空間乃至現實本身都不是我們想像的那樣。
這場關於現實本質的爭論持續了幾十年,誰也說服不了誰,直到約翰·貝爾站了出來。他設計了一種方法,能夠通過實驗直接驗證量子糾纏現象是否需要隱變數的支撐,也就是著名的貝爾不等式。
這個實驗的核心邏輯並不複雜。想像有兩隻被綁在一起的箭頭,一隻向上,一隻向下,代表一對糾纏粒子。如果它們之間有一根看不見的鋼筋固定,那無論怎麼旋轉,一個箭頭的方向變了,另一個都會同步變化,始終相反。這種情況,就意味著隱變數存在。但如果實驗結果表明,這根“鋼筋”根本不存在,那就意味著粒子之間的聯繫超越了我們常規理解的因果關係,甚至超越了時間和空間。
實驗並不容易進行,因為它需要極高的測量精度,直到1980年代,物理學家們才真正具備了足夠的實驗條件。隨後幾十年,科學家們在全球範圍內進行了大量的貝爾不等式實驗,所有的結果都指向同一個結論:愛因斯坦錯了。
是的,隱變數理論被實驗一一擊破,量子糾纏現象不需要任何額外的聯繫,它們就能“瞬間”相互影響。這不僅僅是科學上的一次勝利,更是對人類認知的一次巨大衝擊。如果物理世界的基本組成部分都可以“無視”時間和空間,那麼我們的現實到底是如何構成的?
科學帶給我們的,不僅是對世界的理解,還有對自身的深刻質疑。也許,有一天,我們會發現,這個宇宙比科幻小說描繪的還要瘋狂。