沒(méi)有任何一個(gè)理論比量子力學(xué)更難以讓人理解，也沒(méi)有任何一個(gè)理論像量子力學(xué)一樣接受了如此嚴(yán)苛且眾多的檢驗(yàn)而屹立不倒——沒(méi)有任何一次檢驗(yàn)?zāi)茏C明量子力學(xué)是錯(cuò)誤的。事到如今，已很少有科學(xué)家質(zhì)疑量子力學(xué)的正確性了，但為了檢驗(yàn)兩個(gè)糾纏態(tài)粒子事實(shí)上的“超光速”作用，奧地利維也納大學(xué)的安東·蔡林格教授率領(lǐng)一個(gè)由中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行了一項(xiàng)空前嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)——讓宇宙來(lái)選擇對(duì)粒子對(duì)進(jìn)行什么樣的測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)依然違背了貝爾不等式，從而將愛(ài)因斯坦等人提出的隱變量理論逼入了絕境，量子力學(xué)理論再一次經(jīng)受住了極端條件的考驗(yàn)。
量子糾纏是指兩個(gè)糾纏在一起的粒子，它們之間存在一種神秘的“心靈感應(yīng)”，不管相距多遠(yuǎn)，哪怕分別處于宇宙的兩端，只要測(cè)量其中一個(gè)的狀態(tài)，我們馬上就可知道另一個(gè)的狀態(tài)。愛(ài)因斯坦等人提出了隱變量理論，認(rèn)為兩個(gè)粒子之間不可能超光速即時(shí)傳輸信息，所以兩個(gè)粒子在分開(kāi)前必定已確定了各自的狀態(tài)，只是因?yàn)橛形覀兩胁恢赖碾[藏因素的存在，讓我們無(wú)法知道它們處于什么狀態(tài)，換句話說(shuō)，就是疊加態(tài)并不存在，相當(dāng)于否定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)，或至少證明量子力學(xué)是不完備的。而正統(tǒng)的量子力學(xué)理論則認(rèn)為，分開(kāi)在宇宙兩端的兩個(gè)粒子仍然處于疊加態(tài)，不確定性是它的內(nèi)秉屬性，只是在觀測(cè)的瞬間，粒子才選擇一個(gè)確定的狀態(tài)出現(xiàn)在我們眼前。它們之間并未超光速傳輸信息，也沒(méi)有什么心靈感應(yīng)，因?yàn)樘s前它們本來(lái)就是一個(gè)整體。
物理學(xué)家約翰·貝爾于是設(shè)計(jì)了著名的貝爾不等式，可以用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)究竟是隱變量事先決定了測(cè)量結(jié)果，還是在測(cè)量時(shí)粒子才隨機(jī)選擇一個(gè)狀態(tài)坍縮。不等式成立，隱變量贏，不等式不成立，量子力學(xué)勝。從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，科學(xué)家們陸續(xù)進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都證明愛(ài)因斯坦等人確實(shí)是錯(cuò)誤的，量子力學(xué)再次經(jīng)受了考驗(yàn)。
但貝爾實(shí)驗(yàn)也受到一些漏洞的影響，量子力學(xué)的勝利并不能完全征服人心。2015年，三個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)成功補(bǔ)足了偵測(cè)和通訊兩個(gè)重要漏洞，但最重要的一個(gè)漏洞——自由選擇或者說(shuō)隨機(jī)數(shù)漏洞，卻是永遠(yuǎn)也無(wú)法完全填補(bǔ)的，只能把它縮小到無(wú)限小。此前已有實(shí)驗(yàn)將隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器放置在距粒子對(duì)144公里以外的地方，探測(cè)到了量子糾纏現(xiàn)象，相當(dāng)于把隱變量作用的時(shí)間限制到了幾微秒之前。
蔡林格是國(guó)際量子糾纏領(lǐng)域研究的領(lǐng)軍人物，也是中國(guó)“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星設(shè)計(jì)者、量子加密通信領(lǐng)軍人物潘建偉的博士導(dǎo)師，他的團(tuán)隊(duì)為了將隱變量作用的時(shí)間進(jìn)一步提前，決定通過(guò)望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)600光年外恒星發(fā)出的藍(lán)色或紅色光子來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，這就相當(dāng)于莫須有的隱變量如果想影響糾纏的粒子對(duì)，必須在600年前就知道研究人員今天要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，指揮恒星發(fā)出正確的光子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果依然表明粒子對(duì)處于糾纏狀態(tài)，在觀測(cè)的一瞬間才做出坍縮的決定，證明了幽靈般的超距作用的存在。
研究人員下一步準(zhǔn)備用幾十億光年外類(lèi)星體的光芒來(lái)進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)，把隨機(jī)數(shù)的選擇交給誕生不久的宇宙，相信也無(wú)法阻擋量子力學(xué)人擋殺人佛擋殺佛的氣勢(shì)，隱變量理論僅剩10的無(wú)窮次方分之一口氣，科學(xué)家們對(duì)量子力學(xué)的信心就要爆棚了。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也有助于加強(qiáng)和鞏固下一代依賴(lài)于量子糾纏的設(shè)備，如中國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先的量子加密技術(shù)及墨子號(hào)量子衛(wèi)星，前兩天加拿大科學(xué)家才發(fā)表論文說(shuō)復(fù)制了糾纏中的量子信息，真這樣的話量子力學(xué)就該崩潰了。當(dāng)然這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)最重要的意義在于，它已經(jīng)無(wú)限接近徹底否定決定論，一個(gè)完全自由掙脫了枷鎖的宇宙怦然呈現(xiàn)在我們面前。如果愛(ài)因斯坦等人的隱變量理論成立，我們宇宙的命運(yùn)在大爆炸那一瞬間就已經(jīng)全部決定了，我們只是造物的奴隸，這是自由的我們所永遠(yuǎn)不能接受的！
研究結(jié)果已發(fā)表在2017年2月7日的《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters），可在此處查看論文：https://arxiv.org/abs/1611.06985
聯(lián)系客服
