貝爾不等式檢測：世界真實存在性的終極判決，比雙縫實驗還要恐怖

物理中的哲學思考

命運是什麼？或許在大多數人的理解下，

命運

就是一個人的未來發展和變化，一個人能夠有怎樣的成就，將會經歷哪些事件。

又或者說人在世界中的存在究竟是如何的？

關於命運的討論和信任，不同人有不同的看法，或許這在漫長的人生旅程中，越是年長的人或許更加相信命運。

但不論如何，關於命運的討論實則是

人類自由意志及其選擇的體現

，相信命運，那麼我們可以說冥冥之中自有安排。

不相信命運，或者反抗命運，則是

人類自由意志

的另一種體現。

我們不相信有安排好的人生，我們所做的一切都是因果中的必然，無法被改變。

只要透過人的意志，憑藉努力就一定可以改變。

人類在討論自我的以及未來的哲學命題上總會出現各種各樣的想法，即使是在科學界也同樣有著類似的哲學疑問。

當然這是透過嚴謹的數學推論和物理實驗去思考的，對於科學家來講：

量子力學

的出現不得不讓他們再一次思考起命運的可能，

人類的自由意志是否真實存在

。

這裡面最經典的或許要數愛因斯坦所說的那句話，上帝不擲骰子。

誠然，愛因斯坦在關於上帝的想法中堅定著自己的信念，但是後來他

與玻爾的爭論

改變了物理界關於自由意志的討論。

愛因斯坦認為

，物質的屬性是事先就設定好的，和觀測沒有關係，不為人的意志而轉移。

但

玻爾認為

，物質的屬性不是事先預定好的，而是在我們觀察它的時候才會出現相關的屬性。

兩人的討論成為了後來量子力學中經常出現的矛盾，1935年，

愛因斯坦、波多爾斯基和羅森發表了一個思想實驗

。

他們希望透過該實驗揭示哥本哈根對量子力學的揭示，在其描述的微觀尺度上違反區域性因果關係的不完整性。

在哥本哈根的實驗觀點中，測量者的測量選擇對觀察者的狀態有直接的影響。

但是在

區域性性假設下

，實驗中的愛麗絲系統的操作不會影響鮑勃系統的“真實”或“本體”的狀態。

該實驗關於物理學中的“完整描述”概念後來

透過

隱藏變數

的建議被正式化

。

所謂的隱藏變數理論則是透過引入不可觀察的假設實體來解釋量子力學現象的提議。

隱藏變數的引入決定了測量結果的統計資料，但觀察者無法訪問。

所以在愛因斯坦的問題中，是否可以根據“區域性作用原理”來對區域性隱藏變數給出量子力學的完整描述。

意志的體現

量子力學

讓人感到疑惑和矛盾的地方在於

測量和疊加態

的出現，而

雙縫實驗

則是科學家探尋量子力學的一個重要實驗。

實驗過程很簡單，只是透過一條細縫來讓光子透過，這個細縫足夠小，小到只有光子才能透過它。

然而透過縫隙之後的光線不再是原本的連續光源效果，而是一種

斷斷續續的光子

表現。

但問題是除了光子自身能夠透過這條縫隙，沒有其他東西可以干擾光子的活動，那麼究竟是什麼干擾了它呢？

科學家發現光子的活動出現了

自我干涉

，在

疊加態

中干涉了光線，並導致光源出現條紋。

然而當科學家仔細觀察的時候，這一問題便不再發生，干涉顯示出來的圖樣消失了，光源變成了兩道簡單的光束。

光子的疊加態

和觀察者測量帶來的坍縮成為了物理學家長期以來想要弄明白的問題。

測量是否會影響光子的運動，疊加態的表現究竟是怎樣的，這些都成了當時物理界的一大難題。

回到之前提到的愛因斯坦等人的思想實驗，當時這幾位世界頂尖的物理學家都認為量子力學對物理顯示的描述是不完整的。

雙縫實驗光子的表現雖然離奇，但隨著量子力學的進一步深入，“

糾纏態

”的概念被提出。

愛因斯坦、波多爾斯基和羅森指出

，糾纏狀態下的粒子如果測量其中一個粒子的位置，就可以預測出第二個粒子的位置以及測量結果。

如果改為測量第一個粒子的動量，則可以測量第二個粒子的動量結果。

也就是說，

觀察一個粒子的活動會帶來另一個粒子的結果

，這兩者有著明顯的

因果關係

。

並且愛因斯坦等人也認為，對其中一個粒子採取任何行動都不會立即影響另一個粒子。

因為粒子的資訊傳輸速度

不可能超過光速

，這是

相對論所禁止

的。

但當時研究量子力學的玻爾卻認為，愛因斯坦等人的理論是錯的。

因為位置和動量的測量是互補的，所以選擇測量其中一個粒子的變化，必然就排除了另一個粒子的可能性。

在

量子力學

中，

糾纏的粒子具有一些不可測量的特性

，這些特性在它們分離之前預先確定了最終的量子態。

所以，如果考慮區域性性，量子力學一定是不完整的，不能完整地描述粒子的真實物理特性。

正是這一部分的

不可預測和不確定性

，使得量子測量無法被確定，後來人們將其稱為

隱藏變數

。

因此在

玻爾看來，糾纏中的量子無法被實際測量

。

貝爾不等式

當時關於相關理論的討論僅僅只在學術層面，因為當時也沒有符合條件的實驗裝置，理論是否正確誰也驗證不了。

但是後來貝爾卻提出了

新的想法

，需要說明的貝爾自己是肯定愛因斯坦等人的理論，即測量一方必然能知道另一方。

他對愛因斯坦的理論進行了進一步闡述，他認為如果對糾纏的兩個分離粒子進行獨立測量，那麼結果取決於每一半中的隱藏變數。

如果隱藏變數不存在，那麼糾纏狀態下的粒子活動則不能用經典理論來解釋

。

貝爾提出的看法以及討論在後來被稱為

貝爾不等式

，如此一來，愛因斯坦等人的假設有了科學理論的支撐，只需要透過實驗證明即可知道。

直到

20世紀70年代

，科學家才透過實驗證偽貝爾不等式以及愛因斯坦等人的假設究竟是否正確。

早期關於對貝爾不等式的實驗驗證了局部性隱藏變數不存在，也就是說

沒有隱藏的變數去幹擾粒子的活動

，

貝爾公式和量子力學中的假設得到了證明。

但當時的人們認為，兩個粒子之間的離得太近，這使得它們有機會透過某種超光速的形式去影響另一個粒子的活動狀態。

所以後來這個

實驗被不斷升級

。

80年代

，阿蘭·佩斯和他的巴黎奧賽團隊將實驗方案改進。

粒子的探測有了頻率更高的探測器，並且增加了粒子之間的距離。

此外，他們甚至還設計了一套可以改變探測方向的裝置，即使是粒子在被射出的一瞬間也能改變探測方向，如此一來便能得到

更加嚴謹的實驗資料

。

結果證明，貝爾不等式仍舊

不成立

。

此後的多個實驗中，科學家陸續升級了實驗配置要求，並且越來越嚴格，畢竟漏洞越少，實驗結果越精準。

甚至在2015年，科學家們搞出了一個

“無漏洞”版的貝爾實驗

，都證明了貝爾不等式不成立。

似乎問題的答案得到了解決，但很快又有科學家提出，這個實驗也不夠嚴謹。

因為實驗中所使用的隨機發生器

並

不是

真隨機

，從某種程度來講，每個隨機的安排都是必定的結果。

於是到了2018年，科學家決定將人類的自由意志新增進來，透過

招募100000名自願者

來為實驗新增隨機資料。

而

隨機資料

則透過自願者遊玩歐洲實驗室開發的線上小遊戲，然後將玩家的選擇傳輸到歐洲資料中心。

這樣一來隨機的問題應該就能解決了，最終實驗也表明貝爾不等式不成立。

然而事情的顯然沒有那麼簡單，線上遊戲從遊玩到資料傳輸，

志願者的反應時間也因網路和生理活動會出現延遲

。

儘管這種延遲十分微小，但在

物理層面這也屬於

區域性隱變數

。

看起來我們得到了隨機的結果，但這裡面何嘗又不是有隱藏的變數在影響人類的抉擇呢？

換句話說，哪怕是加入了人類的自由意志，或許結果在一開始就已經決定了。

問題的最終討論在實驗的幫助下驗證了貝爾不等式，但或許我們無法真正得知事物未來的變化，問題再一次成為了哲學思辨。

世界真實性在貝爾不等式看來是確切的，但它真的如此嗎？