近日，世界各地的游戲玩家們用眾包的形式幫助物理學(xué)家驗(yàn)證了一個(gè)神秘的物理現(xiàn)象。研究成果于 5 月 9 日發(fā)表在《自然》雜志上。

這個(gè)物理現(xiàn)象就是“鬼魅般的超距作用”（spooky action-at-a-distance），它是一種令?lèi)?ài)因斯坦頭痛的奇異物理現(xiàn)象，在這種作用中，相互聯(lián)系的粒子能以超光速進(jìn)行通信。然而，一個(gè)極具開(kāi)創(chuàng)性的量子實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種作用的確存在。

共有來(lái)自 10 個(gè)國(guó)家的 12 組物理學(xué)家，以及超過(guò) 10 萬(wàn)名游戲玩家作為志愿者參與到了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，并且，實(shí)驗(yàn)中用到的超過(guò) 9700 萬(wàn)數(shù)據(jù)單元完全是手動(dòng)隨機(jī)生成的。

實(shí)驗(yàn)中的志愿者們來(lái)自世界各地，他們?cè)?2016 年 11 月 30 日一起玩的一個(gè)在線電子游戲產(chǎn)生了數(shù)百萬(wàn)個(gè)比特。比特也被稱(chēng)為“二進(jìn)制數(shù)位（binary digits）”，是電腦數(shù)據(jù)中的最小單元。

物理學(xué)家使用這些隨機(jī)二進(jìn)制位進(jìn)行了“貝爾測(cè)試”，這種測(cè)試旨在驗(yàn)證，相互糾纏的粒子、或狀態(tài)相互聯(lián)系的粒子能夠用比光速更快的速度來(lái)相互傳輸信息，并且這些粒子似乎能夠在被測(cè)量時(shí)“自主選擇”自己所處的狀態(tài)。

結(jié)果顯示，他們的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與愛(ài)因斯坦的“定域?qū)嵲谡摗泵枋鱿嗝堋?/strong>

該研究的共同作者西班牙巴塞羅那光子科學(xué)研究所的量子光學(xué)教授 Morgan Mitchell 表示：“在愛(ài)因斯坦‘定域?qū)嵲谡摗氖澜缬^中，物體的特性是客觀存在的，與是否被觀察無(wú)關(guān)，并且物體之間相互影響的速率不可能超過(guò)光速。我們的實(shí)驗(yàn)證明這些說(shuō)法不成立，至少其中一部分是肯定不成立的?！?/p>

這就意味著以下兩個(gè)令人無(wú)法理解場(chǎng)景中，或許有一個(gè)是真的：要么我們對(duì)于世界的觀察行為改變了世界本身，要么粒子之間用某種我們無(wú)法觀察也無(wú)法影響的方式進(jìn)行通信。

“也可能這兩個(gè)場(chǎng)景都是真的”，Mitchell 補(bǔ)充道。

愛(ài)因斯坦的世界觀成立嗎？

從 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，物理學(xué)家就用“貝爾測(cè)試”檢驗(yàn)了“定域?qū)嵲谡摗钡恼鎸?shí)性，這種測(cè)試是由愛(ài)爾蘭物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell）在20世紀(jì)60年代首次提出的。

物理學(xué)家們通過(guò)比較隨機(jī)選取的度量來(lái)進(jìn)行貝爾測(cè)試，比方說(shuō)，可以比較兩個(gè)在不同位置的糾纏光子的極化方向，如果一個(gè)光子的極化方向是朝上，另一個(gè)光子的極化方向只有很小的概率朝向側(cè)邊，即不是上下方向。

如果對(duì)兩個(gè)粒子的測(cè)量中，所測(cè)的度量剛好相反的次數(shù)超過(guò)一個(gè)閾值，并且無(wú)論是何種粒子、無(wú)論選取度量的順序?yàn)楹味汲闪?，就說(shuō)明這兩個(gè)相互分開(kāi)的粒子在被測(cè)量的瞬間“自主選擇”了自己的狀態(tài)。也意味著這兩個(gè)粒子能在瞬間相互通信——也就是讓愛(ài)因斯坦感到不可思議的“鬼魅般的超距作用”。

這種不同粒子的同步反應(yīng)與物體真正獨(dú)立存在的概念相矛盾，真正獨(dú)立存在形成“定域?qū)嵲谡摗钡幕驹?，而“定域?qū)嵲谡摗庇质枪诺淞W(xué)規(guī)則的基礎(chǔ)。但是一次又一次的測(cè)試表明糾纏的粒子確實(shí)表現(xiàn)出超過(guò)閾值的相關(guān)狀態(tài)，表明這個(gè)世界的確存在“鬼魅作用”，表明愛(ài)因斯坦錯(cuò)了。

來(lái)自 190 個(gè)國(guó)家的志愿者通過(guò)玩游戲?yàn)檠芯空邆兲峁┝顺^(guò) 9 .7 萬(wàn)個(gè)隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)位，科學(xué)家隨后使用這些二進(jìn)制數(shù)位來(lái)測(cè)量糾纏的粒子。

然而，貝爾測(cè)試中對(duì)于測(cè)量的選擇必須是“真正隨機(jī)”的。這一點(diǎn)極難證明，科學(xué)家在選擇測(cè)量量時(shí)會(huì)受到看不到的因素的影響，即使電腦生成的隨機(jī)數(shù)也不是“真正隨機(jī)”。無(wú)法證明“真正隨機(jī)”成為了貝爾測(cè)試的缺陷，被稱(chēng)為“自由意志選擇漏洞”，即有可能存在“隱變量”影響實(shí)驗(yàn)設(shè)置。如果測(cè)量并不是“真正隨機(jī)”，貝爾測(cè)試也就無(wú)法完全推翻“定域?qū)嵲谡摗薄?/p>

在這次的新研究中，研究者們通過(guò)收集大量人為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來(lái)確保“真正隨機(jī)”。研究人員稱(chēng)，這些數(shù)據(jù)使他們能夠進(jìn)行比之前范圍更廣的測(cè)試，也能讓他們堵上一直以來(lái)存在的漏洞。

Morgan 在一個(gè)聲明中說(shuō)道： “定域?qū)嵲谡撌俏覀儫o(wú)法用機(jī)器解答的問(wèn)題，似乎只有我們?nèi)祟?lèi)也身處實(shí)驗(yàn)中才能得到真實(shí)的回答?！?/p>

隨機(jī)數(shù)生成器

被稱(chēng)為“貝爾玩家（Bellsters）”的游戲玩家們參與到名為大貝爾測(cè)試的在線游戲中，這個(gè)游戲名字叫“ Big Bell Quest ”。玩家快速并重復(fù)地點(diǎn)擊屏幕上的兩個(gè)分別代表1和0的按鈕。玩家們做出的選擇被傳到世界各地的實(shí)驗(yàn)室，用于決定在對(duì)比糾纏粒子時(shí)用何種測(cè)量設(shè)置。

在 2016 年 11 月 30 日開(kāi)始的大貝爾測(cè)試中，超過(guò)10萬(wàn)人用在線游戲生成的數(shù)據(jù)被用于全球性的物理實(shí)驗(yàn)。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都使用不同的粒子做不同的實(shí)驗(yàn)，包括原單個(gè)原子、成組的原子、光子以及超導(dǎo)儀器，根據(jù)研究所述，各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果都可以說(shuō)是與“定域?qū)嵲谡摗北车蓝Y。

Mitchell 解釋說(shuō)：這些實(shí)驗(yàn)還顯示了在隨機(jī)性和自由意志上，人類(lèi)和量子粒子之間有趣的相似之處。如果貝爾測(cè)試中這些受人類(lèi)影響的測(cè)量量是“真正隨機(jī)”，而不受糾纏粒子本身影響的話，那么人類(lèi)和粒子的行為就都是隨機(jī)的。

他說(shuō)：“如果人類(lèi)有自由意志，那么粒子也有?！?/p>