之前說(shuō)到貝爾不等式已經(jīng)提出來(lái)了，但因?yàn)閷?duì)實(shí)驗(yàn)條件要求比較高，一時(shí)半會(huì)很難去做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。加上上世紀(jì)60年代中期夸克理論出來(lái)了，大家興趣也都轉(zhuǎn)移到那邊了，大伙對(duì)于核子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)比較關(guān)心，相對(duì)于量子力學(xué)基礎(chǔ)理論的詮釋這方面并沒(méi)有花太多的精力，不過(guò)這也是人之常情，大伙認(rèn)為不管怎么詮釋，不管是用哥本哈根解釋還是多世界理論，也不會(huì)妨礙繼續(xù)計(jì)算，也不會(huì)妨礙大型加速器去做實(shí)驗(yàn)。比如到今天也不會(huì)有人再絞盡腦汁去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明地球是繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)的，而對(duì)于量子力學(xué)來(lái)說(shuō)，大伙都已經(jīng)習(xí)慣了這種與經(jīng)典力學(xué)完全不一樣的模式了，所以理論上的東西還是留給理論物理學(xué)家去慢慢討論，這也包括貝爾在內(nèi)。貝爾對(duì)這個(gè)東西非常感興趣，但他也不是在本職工作內(nèi)搞出來(lái)的貝爾不等式。
可就是有人惦記著要驗(yàn)證貝爾不等式，這個(gè)人叫克勞瑟，他出生在一個(gè)物理學(xué)世家。他父親、叔叔和家中幾個(gè)親戚都是物理學(xué)家，所以克勞瑟從小就聽(tīng)家人在一起探討爭(zhēng)論深?yuàn)W的物理問(wèn)題，因此他很受家庭環(huán)境的影響。后來(lái)他進(jìn)了加州理工大學(xué)又受到費(fèi)曼的影響，就開(kāi)始思考量子力學(xué)基本理論中的關(guān)鍵問(wèn)題。于是他就跟費(fèi)曼商量，我們能不能搞出個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下EPR佯謬和貝爾不等式啊？費(fèi)曼一聽(tīng)直接蹦起來(lái)把克勞瑟從辦公室里給扔出去了，這還是克勞瑟后來(lái)回憶的的時(shí)候說(shuō)的。當(dāng)然他說(shuō)這話有開(kāi)玩笑的成分，說(shuō)的比較夸張，但從這里可以看到費(fèi)曼的態(tài)度，他肯定覺(jué)得干這事是多余的，是沒(méi)有必要的。后來(lái)克勞瑟就去了哥倫比亞大學(xué)，因?yàn)槔钫酪仓匾晫?shí)驗(yàn)，他特別仰慕李政道，而且哥倫比亞大學(xué)有吳健雄，當(dāng)年第一對(duì)糾纏光子可是她和薩克諾夫搞出來(lái)的?？藙谏搅烁鐐惐葋喆髮W(xué)，他立刻去了吳健雄實(shí)驗(yàn)室找吳健雄。向她打聽(tīng)20年前他們?cè)趺醋黾m纏的實(shí)驗(yàn)，這都隔了20年了叫人怎么想的起來(lái)啊。當(dāng)時(shí)吳健雄也沒(méi)在意，讓自己的研究生去跟克勞瑟聊了聊?？藙谏?dāng)時(shí)就意識(shí)到，看來(lái)不能用這樣的方式來(lái)獲得糾纏粒子?？藙谏髞?lái)想的入迷，就把自己的主業(yè)給拋到腦后去了。他到哥倫比亞讀博士，可不是沖著貝爾不等式來(lái)的，他的主業(yè)是跟著賽迪斯教授搞微波背景輻射方面的課題，這還是宇宙大爆炸方面的東西。現(xiàn)在倒好，他把主業(yè)給扔一邊兒去了，滿腦子的量子糾纏和貝爾不等式。這可要了命了，他老師對(duì)他不太滿意。后來(lái)給他寫(xiě)的評(píng)語(yǔ)也不好，在推薦信里面直接了當(dāng)?shù)膶?xiě)上了“不要聘用這個(gè)家伙！因?yàn)橹灰淮綑C(jī)會(huì)，他就要去做量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的那些垃圾工作。”推薦信都這么寫(xiě)，這叫他怎么找工作。果然到后來(lái)克勞瑟很長(zhǎng)時(shí)間都當(dāng)不上教授就是因?yàn)檫@個(gè)推薦信的過(guò)，不過(guò)后來(lái)他老師還是跟他道歉，這都是后話?？藙谏X(jué)得貝爾不等式需要進(jìn)一步改進(jìn)，現(xiàn)在的貝爾不等式還是不方便做實(shí)驗(yàn)。糾纏光源最好用可見(jiàn)光波段，這樣實(shí)驗(yàn)起來(lái)更方便。如果正負(fù)電子對(duì)撞的能量太大，產(chǎn)生的光子頻率太高，這樣就不行。克勞瑟寫(xiě)了一篇文章就寄給了美國(guó)物理學(xué)會(huì)在華盛頓搞的年會(huì)，1969年物理學(xué)會(huì)的年會(huì)就要開(kāi)了。就在克勞瑟準(zhǔn)備論文的時(shí)候，英雄所見(jiàn)略同，也有人就惦記上貝爾不等式了。
克勞瑟
有師徒倆也對(duì)貝爾不等式充滿了興趣，老師叫西莫尼，學(xué)生叫霍恩。西莫尼之前一直學(xué)的是哲學(xué)，他25歲就從耶魯大學(xué)拿到了博士學(xué)位，后來(lái)又在麻省理工當(dāng)上了終身哲學(xué)教授，對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)這已經(jīng)是很不錯(cuò)的成就了。不過(guò)這個(gè)西莫尼內(nèi)心一直埋藏著一個(gè)當(dāng)物理學(xué)家的夢(mèng)想，所以他又到普林斯頓大學(xué)去攻讀物理學(xué)，老師是尤金·維格納。尤金·維格納是一個(gè)從匈牙利來(lái)的物理學(xué)家，后來(lái)移民到美國(guó)，之前是費(fèi)米搞核反應(yīng)堆的助手，于1963年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
尤金·維格納
西莫尼那些年比較累，經(jīng)常要在波士頓和普林斯頓兩邊跑。學(xué)成以后他就不在麻省理工當(dāng)教授了，他去了波士頓大學(xué)，因?yàn)椴ㄊ款D大學(xué)物理系是和哲學(xué)系一起合辦的，所以西莫尼搞物理也行搞哲學(xué)也行，混著來(lái)也行，西莫尼就感到真是如魚(yú)得水。西莫尼是什么時(shí)候?qū)α孔恿W(xué)產(chǎn)生興趣的呢？那是在1963年的一次會(huì)議上，西莫尼去了，一看大會(huì)主席是波多爾斯基，就是EPR論文中間那個(gè)P。那時(shí)候愛(ài)因斯坦已經(jīng)去世了，羅森人又不在這，就波多爾斯基在這，西莫尼再往周圍一看全是名家，尤金·維格納、玻姆，就是搞隱變量的那個(gè)玻姆。再往另一邊看，大神狄拉克也在。當(dāng)時(shí)波爾去世了，薛定諤去世了，泡利去世了，海森堡在家宅著不出來(lái)，算大神級(jí)別的也就這位狄拉克了。后來(lái)大家分組討論的時(shí)候維格納讓西莫尼發(fā)言，西莫尼發(fā)言的題目是“觀察者在量子理論中的作用”。話剛說(shuō)完西莫尼就看狄拉克站起來(lái)提問(wèn)題，當(dāng)時(shí)差點(diǎn)嚇了個(gè)半死，畢竟西莫尼是半路出家學(xué)物理。不過(guò)狄拉克倒是問(wèn)了個(gè)簡(jiǎn)單的哲學(xué)問(wèn)題：“唯我主義是什么？”。要說(shuō)哲學(xué)那是西莫尼的老本行，西莫尼立刻放心了，虛驚了一場(chǎng)。西莫尼見(jiàn)了一堆的物理學(xué)大牛之后，他信心大增，他把自己的講話稿打印了好多份，自己掏錢到處郵寄。當(dāng)然他這錢也沒(méi)白花，有一次他發(fā)現(xiàn)自己的郵箱里面就有一份有關(guān)貝爾的論文。他拿出來(lái)一看，立刻就被貝爾不等式給吸引住了。他也跟克勞瑟一樣掉坑里了。霍恩是西莫尼在波士頓大學(xué)里收的第一個(gè)研究生，這個(gè)研究生在接觸了貝爾不等式以后跟他老師一樣掉坑里去了，對(duì)這個(gè)問(wèn)題就著了迷。可是這師徒倆談理論還行，做實(shí)驗(yàn)就不擅長(zhǎng)了，特別是西莫尼，他是從哲學(xué)轉(zhuǎn)到理論物理的，哲學(xué)又不需要做實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)方面經(jīng)驗(yàn)不多。他們不得已，需要繼續(xù)找到同伙才行。好不容易在哈佛大學(xué)找到一個(gè)正計(jì)劃做雙光子相干實(shí)驗(yàn)的研究生霍爾特，三個(gè)人立刻就攪合到一起去了。他們?nèi)齻€(gè)他們晚了一步，沒(méi)趕上向1969年的物理學(xué)會(huì)年會(huì)提交論文，這時(shí)候維格納建議他們跟克勞瑟聯(lián)系看看，他們就給克勞瑟打了個(gè)電話，兩邊在電話里聊的還挺投機(jī)的，克勞瑟還挺大度，商量下來(lái)最后決定論文用他們四個(gè)人的名字發(fā)表。
在論文中他們首先改進(jìn)了貝爾不等式，現(xiàn)在的要求不像原來(lái)那么苛刻，他們提出一個(gè)新的辦法來(lái)獲得糾纏光子，就是用紫外線來(lái)照射鈣原子。比如說(shuō)某種晶體，晶體里含鈣，這個(gè)電子可能會(huì)連跳兩級(jí)，有可能被激勵(lì)到高出2個(gè)能級(jí)的狀態(tài)，然后當(dāng)能量回落時(shí)就有可能連續(xù)回落兩個(gè)能級(jí)而輻射出兩個(gè)糾纏的光子。比如說(shuō)就以鈣原子為例，就有可能輻射出波長(zhǎng)分別為551nm的綠光光子和423nm的藍(lán)光光子，一對(duì)糾纏光子的顏色居然不一樣。當(dāng)然這是量子力學(xué)，一切都是概率，這是有概率出現(xiàn)糾纏光子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是加州伯克利的科協(xié)爾和康明斯做出來(lái)的?？藙谏桶l(fā)現(xiàn)這兩個(gè)人做的數(shù)據(jù)還不夠多，需要進(jìn)一步去做實(shí)驗(yàn)。他很著急的就想把這個(gè)實(shí)驗(yàn)給搞出來(lái)，這時(shí)候他想到了自己的師爺湯斯，這個(gè)湯斯可不是凡人，他是諾貝爾獎(jiǎng)得主，他最大的發(fā)明其實(shí)在今天大家都很熟悉，就是激光。今天的生活里很多東西都離不開(kāi)激光，比如光纖寬帶全靠激光，激光的用處太大了。他師爺湯斯當(dāng)時(shí)正在伯克利，克勞瑟立刻申請(qǐng)做湯斯的博士后，這樣就去了伯克利。到了伯克利，湯斯讓他搞射電天文方面的東西，兼顧搞搞貝爾實(shí)驗(yàn)的事，這其實(shí)已經(jīng)給他開(kāi)了綠燈，時(shí)間上一半對(duì)一半吧。不過(guò)科協(xié)爾已經(jīng)離開(kāi)伯克利了，還剩一個(gè)康明斯，問(wèn)了他之后結(jié)果他對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)沒(méi)興趣。那這樣不行，畢竟來(lái)了伯克利就是為這個(gè)，所以最后請(qǐng)師爺湯斯出手協(xié)調(diào)，由康明斯的學(xué)生弗里德曼來(lái)幫忙做實(shí)驗(yàn)。弗里德曼和克勞瑟就組成實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)了，干活的是克勞瑟和弗里德曼，西莫尼、霍恩就在背后支持他們，別忘了哈佛那邊還有霍爾特。所以無(wú)形中他們分成了兩個(gè)小組，一個(gè)在東海岸的哈佛，一個(gè)在西海岸的伯克利，他們分別開(kāi)始向目標(biāo)發(fā)起沖擊。他們的目標(biāo)又是什么呢？老實(shí)說(shuō)克勞瑟還是站在愛(ài)因斯坦一邊，他喜歡隱變量解釋，他自掏腰包500美元和別人打賭，他覺(jué)得自己會(huì)贏?；舳饔X(jué)得克勞瑟是不會(huì)贏的，但是他沒(méi)參與打賭，就是說(shuō)他認(rèn)為量子力學(xué)是完備的。西莫尼不表態(tài)，他接受一切結(jié)果，測(cè)出來(lái)怎么樣就怎么樣。遠(yuǎn)在東海岸的霍爾特倒是希望借此證明量子力學(xué)是完備的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)物理學(xué)家也認(rèn)為量子力學(xué)是完備的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)搞了好長(zhǎng)時(shí)間，克勞瑟和弗里德曼終于在1972年公布了結(jié)果。累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間兩百多小時(shí)。糾纏光子對(duì)太難出現(xiàn)了，大概100萬(wàn)光子里面出來(lái)一對(duì)糾纏光子，比率太低了?？藙谏懿凰。?yàn)樽詈蟮慕Y(jié)果不支持隱變量理論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果違反了貝爾不等式?？墒腔魻柼匾膊粷M意啊，他在東海岸做實(shí)驗(yàn)，他用的不是鈣，用的是汞。但是他的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)遲遲沒(méi)有發(fā)表，因?yàn)樗l(fā)愁，他的數(shù)據(jù)居然是支持貝爾不等式的，這兩個(gè)小組沒(méi)一個(gè)是滿意的，兩邊的人都郁悶，這到底怎么搞的呢。后來(lái)有人發(fā)現(xiàn)霍爾特實(shí)驗(yàn)里面有錯(cuò)誤，改進(jìn)一下就好了，最后得到了支持量子論完備的結(jié)論。從現(xiàn)在看來(lái)，量子論是完備的，愛(ài)因斯坦錯(cuò)了。這個(gè)結(jié)論即便是貝爾本人也不會(huì)爽，畢竟他支持愛(ài)因斯坦的隱變量理論。但是這次實(shí)驗(yàn)被人詬病了好多年，因?yàn)檫@不是一個(gè)沒(méi)有漏洞的貝爾實(shí)驗(yàn)，過(guò)低的光子利用率本身就是問(wèn)題。不過(guò)好多實(shí)驗(yàn)室被激發(fā)起了興趣，這個(gè)實(shí)驗(yàn)好像不難做啊我們做做試試，包括吳健雄實(shí)驗(yàn)室也做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。但是大家的結(jié)果大差不差，沒(méi)有大的突破，畢竟結(jié)果大家心里都有譜，不是什么毀三觀的答案。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家最喜歡做出那種以前沒(méi)見(jiàn)過(guò)的東西的結(jié)果，理論物理學(xué)家看著這個(gè)東西就頭疼。到下一次突破需要到十年以后才會(huì)有。話分兩頭，因?yàn)?0世紀(jì)60年代到70年代，貝爾實(shí)驗(yàn)只是小插曲，大多數(shù)的參與者都是兼職的，本職工作都不是這個(gè)。那時(shí)候正是強(qiáng)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)和揭示的時(shí)代，夸克模型已經(jīng)被提出來(lái)了，的確可以解釋非常多的問(wèn)題。但是夸克這東西好像沒(méi)人看見(jiàn)過(guò)，如何證實(shí)夸克存在呢？但是沒(méi)別的辦法，只有大錘砸核桃，靠對(duì)撞機(jī)用蠻力給撞開(kāi)。當(dāng)然啦，還有很多人在想別的辦法來(lái)驗(yàn)證夸克理論。人們用海水和隕石作實(shí)驗(yàn),，探測(cè)宇宙射線啊，宇宙射線也是經(jīng)過(guò)高能加速的， 還有運(yùn)用各種高能加速器,，希望能找到夸克存在的證據(jù)。然而各種嘗試最終都?xì)w于失敗。說(shuō)白了力氣不夠大，砸不開(kāi)這個(gè)硬核桃。
激光之父湯斯
1967年, 美國(guó)斯坦福大學(xué)直線加速器叫SLAC建成了，這是一座長(zhǎng)達(dá)3千米的電子直線加速器， 可使電子加速到20G電子伏特。這個(gè)加速器是直屬美國(guó)能源部的，美國(guó)能源部管的事可多了，連核彈研發(fā)都?xì)w能源部管理。這個(gè)項(xiàng)目1957年就開(kāi)始醞釀了，但是1961年才從國(guó)會(huì)那幫老爺那獲得批準(zhǔn)，獲得批準(zhǔn)才能撥款啊，不然哪來(lái)的錢。1962年7月開(kāi)始建造，1966年2月加速器和實(shí)驗(yàn)區(qū)完工，1967年9月就按計(jì)劃不超支順利完成建設(shè)，而且實(shí)驗(yàn)一開(kāi)啟就成功獲得20G電子伏特的電子束流。
SLAC
科學(xué)家們用這座加速器產(chǎn)生的電子來(lái)探索質(zhì)子和中子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，他們當(dāng)時(shí)搞的實(shí)驗(yàn)叫做深度非彈性電子質(zhì)子散射實(shí)驗(yàn)，說(shuō)白了就是拿電子往質(zhì)子里頭打，看能打出什么東西來(lái)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)得到了意想不到的結(jié)果。費(fèi)曼剛好提出了一個(gè)叫“部分子”模型。按照這個(gè)模型，完全可以解釋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，因?yàn)殡娮哟虻劫|(zhì)子上會(huì)彈回來(lái)，但是彈的軌跡還是比較奇怪的。費(fèi)曼就用部分子模型來(lái)揭示質(zhì)子、中子內(nèi)的結(jié)構(gòu)，后來(lái)大家仔細(xì)對(duì)比了費(fèi)曼部分子模型和夸克模型，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)是一回事，難怪費(fèi)曼跟蓋爾曼互相不服氣呢。電子打進(jìn)強(qiáng)子的內(nèi)部，被反彈回來(lái)，我們只要看看反彈的規(guī)律就可以分析出內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，夸克理論表現(xiàn)還是蠻成功的?，F(xiàn)在夸克理論可以成功的解釋一大堆的各種各樣的強(qiáng)子，所以這個(gè)問(wèn)題都解決了，大家未免都覺(jué)得有點(diǎn)沉悶。為啥呢？因?yàn)闆](méi)有意外出現(xiàn)，也就意味著也沒(méi)有驚喜啊。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家跟理論物理學(xué)家是不一樣的，他們巴不得有新鮮的玩意兒被發(fā)現(xiàn)啊。很多的強(qiáng)子壽命都很短，大多數(shù)只有10^-16秒。各大加速器都在不斷的撞啊撞啊，繼續(xù)撞啊，但是好像也沒(méi)啥新鮮的東西被發(fā)現(xiàn)。就從六十年代末到七十年代初一直是這個(gè)局面。突然間，在1974年，有兩個(gè)小組都觀測(cè)到了有質(zhì)量很大而且壽命很長(zhǎng)的粒子，這是屬于意外的收獲。沉悶的氣氛一下子被打破了，他們到底發(fā)現(xiàn)了什么？又是誰(shuí)發(fā)現(xiàn)的呢？請(qǐng)看下回分解。
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