50年物理難題被證實(shí)，愛(ài)因斯坦錯(cuò)了

可轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在上世紀(jì)60年代中葉，當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦已經(jīng)去世10年。歐洲核子研究組織（CERN）的約翰·貝爾（John Bell）在赴美國(guó)訪問(wèn)期間，發(fā)表了著名的論文，將這一看似抽象的哲學(xué)問(wèn)題簡(jiǎn)化為一個(gè)清晰的數(shù)學(xué)不等式，它被人們稱為“貝爾不等式”。貝爾不等式其實(shí)是說(shuō)，如果愛(ài)因斯坦提出的隱變量存在的話，那么在特定的實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（大量獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)概率）就會(huì)被限制在一個(gè)范圍之內(nèi)。一旦實(shí)驗(yàn)測(cè)量超出該范圍，即貝爾不等式不成立的話，那么愛(ài)因斯坦就是錯(cuò)的，隱變量理論也就不正確。由于貝爾不等式可以直接付諸實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，愛(ài)因斯坦與哥本哈根學(xué)派之間的爭(zhēng)論不再具有形而上的神秘色彩。取而代之的是，人們開(kāi)始熱衷于貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。

然而實(shí)驗(yàn)測(cè)量并不簡(jiǎn)單。在過(guò)去的50年里，人們提出了不計(jì)其數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案，但每一個(gè)方案都有漏洞。所以，盡管許多實(shí)驗(yàn)得到了違反貝爾不等式的結(jié)果，但由于漏洞的存在也無(wú)法在邏輯上直接證明貝爾不等式不成立。令人振奮的是，最近由荷蘭代爾夫特科技大學(xué)的Ronald Hanson領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，終于實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有漏洞的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，50年來(lái)第一次無(wú)懈可擊地直接證明了貝爾不等式不成立。

Hanson團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)十分巧妙。他們?cè)谙嗑?.28千米的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，分別用微波去激發(fā)處于極低溫的鉆石里的電子。當(dāng)電子被激發(fā)出來(lái)時(shí)，它們同時(shí)也放出與自身相糾纏的光子。兩邊的光子通過(guò)光纖傳送到位于兩實(shí)驗(yàn)室之間的另一個(gè)探測(cè)地點(diǎn)，這里精確記錄著光子到達(dá)的時(shí)間。如果兩邊發(fā)射過(guò)來(lái)的光子同時(shí)到達(dá)并以特定方式干涉，那么兩個(gè)光子就會(huì)立即將自己所“代表”的電子糾纏起來(lái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的量子糾纏。這好比遠(yuǎn)隔10萬(wàn)光年的牛郎和織女各派一個(gè)天使在鵲橋相會(huì)，如果兩個(gè)天使同時(shí)到達(dá)并正確表達(dá)了主人的意思，那么牛郎和織女就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的“約會(huì)”。

由于兩邊的實(shí)驗(yàn)室在同時(shí)測(cè)量電子的自旋，一旦兩個(gè)電子實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的量子糾纏，儀器就會(huì)記錄它們自旋在不同方向出現(xiàn)的頻率。大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，貝爾不等式的確不成立。該實(shí)驗(yàn)唯一不盡人意之處，在于兩邊的光子精確同時(shí)到達(dá)的成功率很低，大約1.5億個(gè)光子對(duì)中才能有一對(duì)光子成功干涉并實(shí)現(xiàn)電子的遠(yuǎn)程糾纏。因此，該實(shí)驗(yàn)一共進(jìn)行了22個(gè)多小時(shí)，卻只得到245次有效數(shù)據(jù)。不過(guò)，該團(tuán)隊(duì)目前正在努力改進(jìn)，以期提高效率。

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