书接上回（延伸阅读：大贝尔实验了解一下）。话说科学家们用人的自主选择作为测量基矢，成功地实现了一次大贝尔实验。我们说到，除了自由意志之外，遥远的星星发出的光也被看作是真正的随机数——因为它们离我们太过遥远，发出光线的那一刻早已湮没在历史的尘埃里，没有人能够左右它的结果，上帝也不行......

上大学之前，小墨和大多数人一样，相信这世上的事是由一些规律暗中安排好的：扔一枚硬币的一刻，它落下的状态已经决定；科学发展到今天，我们可以精确预言天体的运行，可以将人造卫星准确地送入既定轨道；小墨还相信，只要努力学习，最后一定可以考上清华，于是小墨特别担心，万一被北大提前录取了，这可怎么办呢？哦，对了，北大会不会提前录取我，其实上帝也已经决定好了。

其实，百年之前，爱因斯坦也是这么认为的。他认为，所有我们口中的随机事件，只不过是因为我们人类还并不足够聪明，就像远古的人类还不懂牛顿三定律，所以不能发射卫星一样，等到有一天，人类特别聪明，一定能计算出所有确定的结果。他有这样的信念，并不仅仅是因为情感上接受不了不确定性，还因为一个叫做EPR佯谬的理论推导。这是怎么回事呢？

量子力学诞生之初，它对微观世界观测得到的结论就显示出极其反常规的一面。就比如那只诡异的“薛定谔猫”，你把它关进盒子里鼓捣鼓捣，回头它被放出来的时候，你问它：“猫咪啊，你一直活着呢么？”它说：“不，刚才我处在既死又活的叠加态。”妈呀，这也太诡异了不是么？

虽然爱因斯坦可谓是量子力学师祖，但他一生都坚信量子力学理论中的不确定性是由于理论本身不完备而已，也就是说，在他看来，有些什么咱们暂时不知道的“隐变量”存在， 如果弄清楚所有的“隐变量”，量子世界也就是确定性的。为了反驳那种“你不看月亮,月亮就不存在”的奇怪想法，它曾经与波多尔斯基（Podolsky）和罗森(Rosen)一起提出了著名的EPR佯谬。

这个EPR佯谬大致的思路是这样的：你们说量子力学是完备了是吧？好，那一个正经理论总要满足两个基本假设：实在论和定域因果论。

所谓实在论好理解，就是每一个实实在在的物理量，它必定得是不依赖外界地客观确定存在的，如果没有扰动，它就应该有一个确定值。

而定域因果呢，有点涉及相对论了。大致意思就是说，两个地方如果距离大得超过宇宙间最快的速度——光速在某段时间内传播的距离，那么在这段时间内，这两个地方的事件就不能“互通款曲”。打个比方，小强考试太糟糕了，老师批改出试卷的时间是八点整，而在八点零一秒的时候，他爸打了他。但是，一秒的时间不够老师拿起手机打电话给他爸告状，所以他爸打他并不是因为这次考试。用相对论的术语，老师批改试卷和他爸打他这两件事就处在类空间隔。

爱因斯坦说了，只要你认同这两条基本假设，你就得认同我接下来的推论——他们三个人搞了一套数学推理，证明了，只要你认同以上两点，量子力学中的不确定关系就不成立，也就是说，现有的量子力学理论就是不完备的。一定还有什么隐变量隐藏在量子力学背后。

以玻尔为代表的一派量子物理学家认为爱因斯坦大错特错。他们的看法是：基于所有实验结果，都支持量子力学在叠加、纠缠和测量中所表现的或然性，量子纠缠就是能够造成可观测量的不确定性，而且态的塌缩也不是定域的。在这一派看来，爱因斯坦的观点之所以错误，是因为他把经典世界中的思维模式带入了量子世界（比如误以为“客观实在性”就一定意味着某一个单一的不受测量影响的确定值），因而难以理解叠加、纠缠、塌缩这些客观现象。

在1964年之前，这场思维上的论战，一直处在一种“各自保留意见”的状态中。直到1964年，Bell加入了爱因斯坦的战队。他想出一个办法，为爱因斯坦打call!这个办法上次小墨已经跟大家介绍过，就是一个不等式。这个不等式是基于爱因斯坦的定域实在论和隐变量理论，研究这种假设下A和B两处测量之间的关联。如果爱因斯坦是对的，那么不等式就成立。反之，这个不等式将很容易被打破。我们上次也说过，大致就相当于在两个地方分别审问一对双胞胎，通过大量观测之后，判断他们是不是真的存在心灵感应（玻尔派），还是其实是由什么隐变量背后串通（爱因斯坦派）。

  一个世纪以来，各种形式的这种“双胞胎拷问”实验被人们一次次的实施，这样的“双胞胎”包括离子、光子等各种微观粒子，结果无一例外的指向了一个让爱因斯坦战队不愿看到的方向——量子力学本身的完备性。

但是，爱因斯坦战队并没有那么脆弱，因为，实验上有着各种各样的漏洞。

这些漏洞小墨上次也说过了，比如探测效率带来的探测器漏洞啊，粒子之间距离较短、在实验时间之内可以互相“串通”的所谓局域性漏洞啊。所幸的是，在科学家们的智慧和努力下，这些漏洞一一被关闭了。

现在，就剩下了那个最不可思议的测量选择漏洞了。也就是小墨上次做的比喻——被拷问的双胞胎早就知道我们准备要问的那些问题，事先就准备好了一套说辞蒙混过关。在物理上，就是说，我们测量选择的“基矢”并不随机。

对于真随机数的选择，是一个关键。

早期的贝尔不等式实验，一般采取所谓的随机数发生器产生“随机数”。但是，这种所谓随机数发生器实际上是按一定规则给出数字的，并不真正随机，它产生的“随机数”才是因为我们用户可能不知道的隐变量呢。这套规则谁能保证不被“双胞胎”提前侦知并加以利用呢？

真随机数怎么找？小墨总结过：第一种是量子随机数（建立在量子力学完备的假设上，不能用来反过来检验量子力学完备性）；第二种是人类意志，就是我们上次说的大贝尔实验中用到的；第三种就是遥远星光的发光性质——选取很远很远的星光性质作为随机数，由于距离太远，它发出的那一刻距离现在到达地球的时刻已经过去很久很久，“双胞胎”要真想提前侦知，只能提前很久很久做准备啦。

这不，中国就有这么一群科学家打起了遥远星光的主意——近日，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、范靖云、马雄峰等与中科院上海微系统所和日本NTT基础科学实验室合作，利用遥远星体产生随机数，实现了同时关闭探测效率漏洞和定域性漏洞的贝尔不等式检验。

星光有很多属性，它的偏振、波长都可以用来做随机数，这次，科学家们选择了星光到达地球的时间作为随机数来决定测量基矢。一对宇宙光子的到达时间是随机的，它们分别由位于我们天空两侧的一对宇宙源发射，在每个测量站，科学家使用望远镜接收来自所选宇宙辐射源的光子，并将宇宙光子的随机到达时间转换为随机数，用于我们的Alice和Bob测量基矢选择。

由纠缠光源产生一对对纠缠光子就是我们说的“双胞胎”，它们被发送到A、B两地。实验人员将A、B两地的两个望远镜分别对着不同的两颗星星，系统的效率很高，可以产生一个个长度仅为133.2 ns的时间窗口，如果星光的光子到来的时间在这133.2 ns的前半段，就生成随机数0，反之，落在后半段的话，就产生1，这个随机数就是我们要对“双胞胎”询问的问题。经过好几十分钟的测量，科学家累计了足够的数据，在7.87 × 10-4的概率水平上拒绝了隐变量模型的影响。

此次实验利用的是11光年以外的星光产生随机数，它帮助科学家们将自由选择漏洞关闭时间提高了13个数量级（以往的实验最多只能在实验前10-5秒保证随机数没有关联），在同时关闭探测效率漏洞和定域性漏洞的基础上，验证了量子力学的完备性。因为这些光的性质早在发出那一刻——11年前就已经决定了，即使随机数之间存在“串通”，也只能发生在11年前了。但是，你也许看出来了，这里面包含了一个假设——我们假设宇宙光子的传播及其到达时间不受天文学研究中已知机制以外的任何其他方式的影响，也就是说，这十一年里，没有“人”从中作梗。

现在，我们好好思考一下这些个大贝尔实验，它们能告诉我们什么呢？我想，这么多的贝尔实验，其实都证明了，客观实在性不等价于单值确定性，量子系统就是可以处在各种态的叠加，而且Alice和Bob两地的数值相互依赖，这是一个非定域过程。迄今为止，所有量子纠缠和空间关联实验都表明，量子力学不能用经典的定域理论去解释。

这次实验，11年的跨度是一个巨大的进步，它将隐变量假说的验证深入进了宇宙深处，在高置信度下至少排除了前11年的局域隐变量的可能性。接下来，科学家一定会再接再厉，继续将量子力学的检验深入到宇宙更深处。

只是，小墨猜想，这种验证可能永远无法完全地排除隐变量理论，因为，万一在宇宙诞生的那一刻，一切就被决定好了呢？哈哈。

其实，除了实验上可能没有办法完全否定隐变量的存在，理论上，关于纠缠和非定域性的刻画更是所有追求量子力学本质的科学家的终极梦想。我们人类对世界的认识还很有限，就像远古的人类只知道太阳东升西落却不知天体运行的规律。现在的科学家更想知道，纠缠的本质是什么？除了纠缠非定域性以外，其它空间非定域性的根源又是什么？非定域性和相对论因果律之间如何协调？这些问题都等着人们去探索，而探索那些深不可知的地方，也正是科学的魅力所在，不是吗？

（责任编辑：刘朕）

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