人们常说,电子的双缝干涉实验是一个让人震惊的实验。但如果你觉得它已经足够让人难以接受,那么还有一个实验比它更具冲击力,甚至可以说令人后背发凉,这就是贝尔不等式实验。
科学的诞生,曾让人们以为唯心主义可以被彻底摒弃,毕竟,物理学提供了清晰的因果关系,物质与物质之间的相互作用必须是客观存在的,这就是经典物理的世界观。在这个世界里,如果两个物体之间没有实际联系,它们就不会对彼此产生影响。然而,量子力学的出现,让这种认知裂开了一道口子,而这一切的关键,便是量子纠缠现象。
想象一下,你手里有一对特殊的骰子,随便把它们扔到世界的两个角落,甚至一个放在地球,一个送上火星。按常理来说,它们应该是各自独立的,互不影响。然而,神奇的事情发生了——当你掷出其中一个骰子,无论它停在哪个数字上,另一个骰子也会瞬间呈现出特定的状态,就像它们之间有某种看不见的神秘联系。这,就是量子纠缠。
这样的现象显然难以接受。按人类的经验来看,事物的变化必须有一个明确的原因,不可能无缘无故产生关联。爱因斯坦就坚决不相信这样的“幽灵般的超距作用”,他认为,纠缠粒子之间一定存在某种隐藏的物理变量,只是我们暂时无法探测到它们,这就是著名的隐变量理论。相比之下,玻尔代表的哥本哈根学派则主张:世界本身就是不确定的,量子态的变化不依赖任何隐藏变量,而是随机的。
如果爱因斯坦是对的,那么世界仍然是我们熟悉的那个因果分明、确定性的世界;如果玻尔是对的,那么这个世界就变得非常诡异,甚至可能意味着时间、空间乃至现实本身都不是我们想象的那样。
这场关于现实本质的争论持续了几十年,谁也说服不了谁,直到约翰·贝尔站了出来。他设计了一种方法,能够通过实验直接验证量子纠缠现象是否需要隐变量的支撑,也就是著名的贝尔不等式。
这个实验的核心逻辑并不复杂。想象有两只被绑在一起的箭头,一只向上,一只向下,代表一对纠缠粒子。如果它们之间有一根看不见的钢筋固定,那无论怎么旋转,一个箭头的方向变了,另一个都会同步变化,始终相反。这种情况,就意味着隐变量存在。但如果实验结果表明,这根“钢筋”根本不存在,那就意味着粒子之间的联系超越了我们常规理解的因果关系,甚至超越了时间和空间。
实验并不容易进行,因为它需要极高的测量精度,直到1980年代,物理学家们才真正具备了足够的实验条件。随后几十年,科学家们在全球范围内进行了大量的贝尔不等式实验,所有的结果都指向同一个结论:爱因斯坦错了。
是的,隐变量理论被实验一一击破,量子纠缠现象不需要任何额外的联系,它们就能“瞬间”相互影响。这不仅仅是科学上的一次胜利,更是对人类认知的一次巨大冲击。如果物理世界的基本组成部分都可以“无视”时间和空间,那么我们的现实到底是如何构成的?
科学带给我们的,不仅是对世界的理解,还有对自身的深刻质疑。也许,有一天,我们会发现,这个宇宙比科幻小说描绘的还要疯狂。