基本不等式视频

在科学诞生的那一天起，人们对世界的认识就出现了翻天覆地的改变，世界上的一切都存在规律，并且都是客观存在的。

但是在科学中，有一个部分却一直在挑战这一点，那就是量子力学。

曾经科学家为了争论光的性质，进行了双缝干涉实验，这让二十世纪的科学家们就像经历了一场“灵异事件”般，从实验中看到的光子的两种属性。

于是哥本哈根学派的科学家认为实验包含了量子力学的三大基本原则:叠加态、不确定性和观察者效应，但是以爱因斯坦却不赞同，直接认为光子具有波粒二象性。

然而在这之后，出现了比双缝干涉实验更恐怖的存在，接下来咱们就来了解一下，贝尔不等式检测，为何更恐怖?世界的真实存在性真的迎来最终判决了吗?

量子纠缠

要了解贝尔不等式检测，我们首先要知道，玻尔和爱因斯坦之间，最纠结的是什么。

其中就涉及量子纠缠，这个概念并不是二者提出的，在爱因斯坦和哥本哈根学派的“斗争”中，他在1935年提出了著名的“EPR佯谬”。

在其中他抨击了哥本哈根学派的不完备性，我们知道在双缝干涉实验中，一个光子竟然分成了两份，形成了A粒子和B粒子，在理论上二者应该具有相反的自旋方向。

在哥本哈根学派持有的观点中，即便两个粒子相隔很远，我们在对其中任何一个粒子进行测量的时候，还是会瞬间影响到另一个粒子。

然而爱因斯坦认为，这完全属于一种超距离，因为两个粒子在分开时的状态就已经被确定了。

不管是否对粒子进行测量，或者在何时测量都没有任何关系。

后来薛定谔在看了这篇论文之后，将其中关于哥本哈根学派的观点，定义为“量子纠缠”，并给出相关概念。

但是不管是薛定谔本人，还是爱因斯坦，都会对量子纠缠感到十分不满，认为它违背了相对论中对信息传递所设定的速度极限。

所以爱因斯坦直接讽刺量子力学，是鬼魅般的超距作用。

隐变量理论

后来，爱因斯坦为了解决这一问题，提出了隐变量理论，试图代替不确定原理。

爱因斯坦认为，在两个纠缠的量子中，量子随机并不是真的具有随机性，而是具有更深层的物理机制。

也就是说，两个量子之间存在相互联系的物理量，只是暂时没有探测到，而这个可能存在的物理量，就是爱因斯坦的“隐变量”。

其实在当时的学术环境下，很多人都比较认同爱因斯坦的观点。

因为在他们看来，科学就是确定的，量子力学中的不确定性，几乎可以上升到哲学层面。

贝尔不等式检测

扛起隐变量“斗争大旗”的，是物理学家玻姆和数学大神冯·诺依曼。

起初诺伊曼确实完胜玻姆，但在20多年后，情况又出现了反转，曾经诺伊曼证明隐变量不存在的实验，是错的。

约翰·斯图尔特·贝尔，将自己标榜为爱因斯坦的追随者，并且对隐变量十分感兴趣。

于是他开始对量子纠缠和隐变量理论进行论证，他认为两者间的争论，本质上是“定域性”和“实在性”的问题。

其中的定域性，就是指，在一定时间内，因果关系只会维持在特定的区域中，所以没有超光速信号的存在。

而实在性，就是指世界上的真实事物都是客观存在的，它的状态不依赖观察者。

于是在1964年发表的论文《论EPR佯谬》表明，在爱因斯坦的EPR思想实验中，量子力学的预测明显地不同于定域性隐变量理论。

在论文中，他提出了“贝尔不等式”。

贝尔不等式

我们可以看到，贝尔不等式其实是两个概率问题，我们可以通过实验和计算，得到两边等式的关系。

等式两边的概率，需要我们从不同的角度去观测两个粒子间的情况。

另外除了考虑二者的自旋方向外，我们还要考虑到空间的三维性。

所以我们的观测需要选择三个方向坐标进行，其中三个坐标轴不需要相互垂直。

基于粒子的自旋方向只有“+”和“-”，所以对每个粒子来说，就有8种情况，也就会得到以下的结果:

若等式左边大于右边，那么就证明粒子之间确实没有固有联系，所以哥本哈根学派的观点正确。

若是左边小于等于右边，那么就证明隐变量确实存在，所以爱因斯坦正确。

很显然，在贝尔的不等式中，他认为爱因斯坦是正确的。

实验证明爱因斯坦错了

要验证贝尔不等式，并不是一件简单的事情，其中验证条件的要求很高，基本到20世纪70年代才开始对贝尔不等式的检测。

第一代贝尔实验的完成是在1982年，阿斯派克特、达利巴德和罗哲等人共同进行的。

他们的实验，是对于由钙原子单次跃迁中，同时发射的反向运动的光子，机型偏振测量。(引用)

在实验中，他们将钙原子作为光子对来源，将其激发到一定能级，当它回落是就会释放一对光子对。

其中需要让一对光子飞出12米远，对于光子而言只需要40纳秒。

而在这个距离中间，还有一个偏振器会以平均10纳秒的速度改变一次方向，由此来测量光子的合作程度。

整个实验持续3个小时，结果完全符合量子力学理论，而于隐变量理论相差5个标准方差。

在这之后，科学家们不断升级设备，并且对这样的实验结果更加充满自信。

为了让该结果变成板上钉钉的事，科学家提出了检测漏洞、定域性漏洞和随机数漏洞等，并据此重复实验。

在1988年，实验让光子飞出400米距离，最终结果和隐变量理论相差30个标准差。

到2015年，实验彻底排除检测漏洞和定域性，最终结果以96%的置信度符合量子力学。

最后在2016年，在全球选择3万人，进行实验，为的就是补上最后一个随机数漏洞。

结果显而易见，实验最终还是证明量子力学预言正确。

最重要的是，2018年，中国科学家首次利用11光年外的星光产生随机数，进行实验，最终验证量子力学的完备性，这下爱因斯坦彻底输了。

世界的真实存在性究竟如何?

尽管贝尔不等式在经过几十年的实验和验证下，最终证明在量子力学中不成立。

也就是说，量子力学确实存在叠加态，存在不确定性，也受到观察者的影响。

但是在科学中，这难道不是矛盾的吗?

在量子力学诞生之前，人们的世界观是定域实在性的，也就是说二者都存在于客观世界中。

但是玻尔却认为，在量子世界中，定域性不存在，而实在性从物理角度上也无法完全确定，在二者之间，我们只能放弃一个。

如果放弃定域性，就意味着超距离的瞬间联系，届时世界的因果可能就会出现颠倒。

比如说原本我打你，你才会疼，是存在明显时间顺序了，结果现在，这两者可能同时发生，甚至反转过来。

而如果放弃实在性，就出现了我看月亮的时候它存在，不看的时候就不存在，这多少有点唯心主义的观点在其中了。

除了这两点，可能来拿世界的单一性和自由意志也都不能同时存在，所以这就是贝尔不等式检测更可怕的地方。

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