大貝爾實驗：解決量子力學難題 需你幫忙
你很可能已經見過了那張著名的照片 - 有史以來平均智商最高的合影。
1927 年的索爾維物理學會議的會後合影。圖片來源：wikimedia.org
愛因斯坦，玻爾，居里夫人，普朗克，布拉格，郎之萬，波恩，德布羅意，海森堡，泡利，狄拉克，薛定諤，洛倫茲 …… 這其中任何一個人都足以名垂青史，而 1927 年的索爾維物理學會議，因為這張會後合影也成為了天才最密集的會議之一。
但這不是一張其樂融融的照片。恰恰相反，它的背後，是整個現代物理學中最舉足輕重的一場辯論的開端，令最優秀的頭腦割裂成征戰不休的幾大陣營。因為它所觸及的，是我們這個世界中物理實在的本質——而就在明天，你將能夠親自參與一場規模龐大的實驗，也許你的一次點擊，就能證明愛因斯坦的一項重要理論究竟是對是錯，而這，可能也是你離解開量子物理謎題最近的一次！
愛因斯坦可能錯了的地方
在討論這個巨大的話題之前，讓我們先想像一個平凡而熟悉的場景：你在教室里，但老師不在。
這個時候飛來飛去的紙團，八卦和尖叫笑聲充斥在空氣里。
" 小心！老師回來了！" 第一個注意到老師目光的人提醒了其他同學，然後你立即回到屬於自己的小角落，當作什麼事都沒有發生過。
你能想像，當沒有人在的時候，教室的桌子和椅子有可能也會這樣嗎？
你能想像，這些物體可能不是固定的、一成不變的，而在人們觀察的時候，就會迅速恢復到正常狀態？
如果你覺得這種想法只是天方夜譚，那麼你並不孤單—— 1927 年的愛因斯坦，就是這麼認為的。
但現在我們認為，愛因斯坦可能錯了。科學家發現，一些非常小的粒子，比如原子，在觀察時確實會有變化。那麼有沒有可能組成椅子的這些原子在發現我們到來以後也會互相提醒，然後把最好的一面呈現出來呢？
更難以回答的是：假如我們在觀察的時候，原子的狀態確實會變得不一樣，那麼有沒有一種方法能讓我們知道，它有沒有改變呢？
1964 年，物理學家約翰 · 貝爾寫下了一篇如今已經名垂青史的論文：《論愛因斯坦 - 波多爾斯基 - 羅森悖論》。從這篇論文中誕生了一個偉大的實驗思路；而明天就要開展的大貝爾實驗，就是它的成果之一。
來自世界各地的科學家希望通過這個實驗，來測試當他們觀測時到底發生了什麼，到底有沒有串通一氣、在觀測時臨時改變狀態。但是科學家們不能獨立完成這個實驗，他們需要你的幫助，需要你的輸入來幫助他們的觀察過程變得隨機、變得不可預測。
貝爾實驗的最後漏洞
量子力學認為，微觀粒子在沒有被觀測時，甚至比沒有被老師盯著的學生更加歡脫，完全沒有正形，上天下地無所不在——直到對它進行觀測，粒子才會突然老實下來，正襟危坐，有了確定的狀態。
量子力學還認為，相互獨立且都沒有正形的兩個粒子能夠 " 糾纏 " 在一起，只要對其中一個粒子進行觀測，不僅是被觀測的粒子，與它糾纏的另一個粒子也會瞬間老實下來，無論它們之間相距多遠。它們之間 " 通風報信 " 的速度遠遠超過光速——這是愛因斯坦無法接受的，他把這個現象稱為 " 遠距離鬧鬼 "。貝爾實驗要檢驗的，恰恰就是這種現象。
實驗原理說來簡單：把一對糾纏粒子分隔兩地，讓不同的觀測者，比如 Alice 和 Bob，同時對兩個粒子進行獨立觀測，具體觀測方法則必須由隨機選擇而定。只有真正作出隨機選擇，才能打粒子一個措手不及，不讓它們有提前串通的機會。對大量成對的糾纏粒子進行隨機觀測後，Alice 和 Bob 再來比較他們各自觀測得到的數據。
Alice 和 Bob 會通過隨機選擇的觀測方法同時對兩個例子進行獨立觀測。圖片來源：thebigbelltest.com
這個時候，就輪到 " 貝爾不等式 " 隆重登場了。別怕，我們不需要了解貝爾不等式到底是怎麼回事。我們只要知道，如果 Alice 和 Bob 的結果滿足這個不等式，就證明 " 遠距離鬧鬼 " 不存在；反之，如果違背這個不等式，則證明 " 遠距離鬧鬼 " 現象確實存在的。
自提出以來，這樣的實驗已經在世界各地進行過許多次，每次實驗的結果都明確違背了 " 貝爾不等式 "，證明 " 遠距離鬧鬼 " 現象是存在的。
這就好比把一對雙胞胎兄弟關在不同的小黑屋裡，由兩位審訊者在同一時間分別審問他們。兄弟倆只能用 " 是 " 或 " 否 " 來作出回答，他們各自被問到的問題則是隨機選擇的——有可能哥哥被問到的問題是 " 是否爬過長城 "，而同一時刻弟弟這邊的問題則是 " 是否關注了果殼網 "。持續審問一段時間後，兩位審訊者發現，不論問題如何五花八門雜亂無章，兄弟倆各自回答的 " 是 " 和 " 否 " 都驚人地一致。
這是不是就能證明，這對雙胞胎兄弟之間存在神奇的 " 心靈感應 " 呢？可以，但前提是審問過程中不存在紕漏。如果審訊兄弟倆的問題看似隨機選擇，其實卻有某個幕後黑手在其中精心操控，那審訊結果也就無法作數了。
貝爾實驗也是如此，雖然此前的諸多實驗都明確違背了不等式，但它們或多或少都存在這樣或者那樣的漏洞。如今，最突出的兩個大漏洞在實驗上都已經補上，只剩下自由選擇漏洞仍待填補——也就是前面反覆強調多次的 " 隨機選擇 "。
當 Alice 和 Bob 在選擇用什麼方式觀測粒子時，此前的實驗大都使用隨機數發生器來作隨機選擇。然而，再複雜的隨機數發生器也是機器，嚴格按照規則行事的機器產生出來的隨機數是真正隨機的嗎？ 會不會冥冥之中有某種我們無法察覺、粒子卻能夠提前串通的規律隱藏在其中呢？
你的自由意志，能幫上大忙
好在，我們人類擁有自由意志（至少我們自以為如此），不依靠機器的力量，我們的自由意志應該也有能力作出真正隨機的選擇。
現在，科學家們需要你，和很多像你一樣的人，來幫助他們作出選擇——決定他們要怎樣觀察這些粒子。這樣才能真正給它們來個措手不及！你願意成為全世界首個此類實驗的一部分嗎？通過玩遊戲的方式，你可以做一名 " 貝爾實驗員 "，成為科學家們的合作者。
噢，你想要知道 " 貝爾員 " 需要做些什麼？
我們來試一試：隨機地選取幾個 0 或者 1。
在這個網頁（thebigbelltest.org），你可以先試著選取三次。圖片來源：thebigbelltest.org；果殼網編譯重製
貝爾員提供的 0 和 1 將會被分配給全球各地的實驗室。你的選擇將會被傳送給 Alice 和 Bob，在那兒幫助我們決定如何觀察這些粒子。
Alice 和 Bob 測量的是實驗室產生的一對粒子。其中一個粒子傳送給 Alice，另一個傳送給 Bob，然後他們同時研究這兩個粒子。而你們提供的 0 和 1 將決定 Alice 如何測量粒子——告訴 Alice 觀察粒子時用這兩種儀器中的哪一個：
如果你選擇 0，Alice 將會通過儀器 1 觀察粒子，儀器 1 將給出兩種可能的結果。圖片來源：thebigbelltest.org；果殼網編譯重製
如果你選擇 1，那麼 Alice 將通過儀器 2 觀察粒子，儀器 2 給出另外兩種可能的結果。圖片來源：thebigbelltest.org；果殼網編譯重製
上面我們跟蹤的是 Alice 的例子，但 Bob 的粒子也會有同樣的行為。最終，Alice 和 Bob 將分析他們結果中的相似性。如果結果非常相近，意味著即使被分開了，這兩個粒子在面對觀測的時候仍然保持一致性。而且它們肯定是始終保持一致，因為它們處在所有貝爾員不可預測的監視之下。
有了你的貢獻，我們才能夠通過這些分析，回答最初的問題：原子會由於我們的觀測改變狀態嗎？它們之間能夠互通消息，互相提醒我們正在觀測嗎？
來自你的那些 0 和 1，將可能幫助科學家回答重要的問題，甚至開創歷史。圖片來源：thebigbelltest.org
大貝爾實驗將在 2016 年 11 月 30 日，也就是明天進行，作為預熱，你可以單擊下面的鏈接，一起隨機產生 0 和 1 數列，並查看你的得分：
原子如何被觀測所影響，這場論戰已經延續了將近一個世紀；最初的論戰雙方早已離世多時。但他們的問題從未消散——畢竟，它事關我們如何理解最根本的物理事實，事關我們世界的本質。
而現在，它即將迎來規模最大的一場實驗驗證。
當然，這次全球範圍的貝爾實驗很可能也無法為這一問題畫上決定性的句號。但無論實驗結果如何，無論愛因斯坦的理論是對是錯，每一個參與的人都在創造歷史 - 而這，只需要你點擊按鍵，幫科學家玩一玩這個小遊戲。或許量子物理的這場世界之爭，將因為你的付出而找到答案！
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