量子力學再勝最極端挑戰，將愛因斯坦理論逼入絕境

沒有任何一個理論比量子力學更難以讓人理解，也沒有任何一個理論像量子力學一樣接受了如此嚴苛且眾多的檢驗而屹立不倒——沒有任何一次檢驗能證明量子力學是錯誤的。事到如今，已很少有科學家質疑量子力學的正確性了，但為了檢驗兩個糾纏態粒子事實上的「超光速」作用，奧地利維也納大學的安東·蔡林格教授率領一個由中國、德國、美國科學家組成的國際團隊，進行了一項空前嚴苛的實驗——讓宇宙來選擇對粒子對進行什麼樣的測量，結果發現依然違背了貝爾不等式，從而將愛因斯坦等人提出的隱變數理論逼入了絕境，量子力學理論再一次經受住了極端條件的考驗。

量子糾纏是指兩個糾纏在一起的粒子，它們之間存在一種神秘的「心靈感應」，不管相距多遠，哪怕分別處於宇宙的兩端，只要測量其中一個的狀態，我們馬上就可知道另一個的狀態。愛因斯坦等人提出了隱變數理論，認為兩個粒子之間不可能超光速即時傳輸信息，所以兩個粒子在分開前必定已確定了各自的狀態，只是因為有我們尚不知道的隱藏因素的存在，讓我們無法知道它們處於什麼狀態，換句話說，就是疊加態並不存在，相當於否定了量子力學的基礎，或至少證明量子力學是不完備的。而正統的量子力學理論則認為，分開在宇宙兩端的兩個粒子仍然處於疊加態，不確定性是它的內秉屬性，只是在觀測的瞬間，粒子才選擇一個確定的狀態出現在我們眼前。它們之間並未超光速傳輸信息，也沒有什麼心靈感應，因為坍縮前它們本來就是一個整體。

物理學家約翰·貝爾於是設計了著名的貝爾不等式，可以用實驗方法來檢驗究竟是隱變數事先決定了測量結果，還是在測量時粒子才隨機選擇一個狀態坍縮。不等式成立，隱變數贏，不等式不成立，量子力學勝。從上世紀70年代開始，科學家們陸續進行了許多實驗，結果都證明愛因斯坦等人確實是錯誤的，量子力學再次經受了考驗。

但貝爾實驗也受到一些漏洞的影響，量子力學的勝利並不能完全征服人心。2015年，三個獨立的團隊通過實驗成功補足了偵測和通訊兩個重要漏洞，但最重要的一個漏洞——自由選擇或者說隨機數漏洞，卻是永遠也無法完全填補的，只能把它縮小到無限小。此前已有實驗將隨機數產生器放置在距粒子對144公里以外的地方，探測到了量子糾纏現象，相當於把隱變數作用的時間限制到了幾微秒之前。

蔡林格是國際量子糾纏領域研究的領軍人物，也是中國「墨子號」量子衛星設計者、量子加密通信領軍人物潘建偉的博士導師，他的團隊為了將隱變數作用的時間進一步提前，決定通過望遠鏡檢測600光年外恆星發出的藍色或紅色光子來產生隨機數，這就相當於莫須有的隱變數如果想影響糾纏的粒子對，必須在600年前就知道研究人員今天要做這個實驗，指揮恆星發出正確的光子。實驗結果依然表明粒子對處於糾纏狀態，在觀測的一瞬間才做出坍縮的決定，證明了幽靈般的超距作用的存在。

研究人員下一步準備用幾十億光年外類星體的光芒來進行這個實驗，把隨機數的選擇交給誕生不久的宇宙，相信也無法阻擋量子力學人擋殺人佛擋殺佛的氣勢，隱變數理論僅剩10的無窮次方分之一口氣，科學家們對量子力學的信心就要爆棚了。這項實驗也有助於加強和鞏固下一代依賴於量子糾纏的設備，如中國處於國際領先的量子加密技術及墨子號量子衛星，前兩天加拿大科學家才發表論文說複製了糾纏中的量子信息，真這樣的話量子力學就該崩潰了。當然這項實驗最重要的意義在於，它已經無限接近徹底否定決定論，一個完全自由掙脫了枷鎖的宇宙怦然呈現在我們面前。如果愛因斯坦等人的隱變數理論成立，我們宇宙的命運在大爆炸那一瞬間就已經全部決定了，我們只是造物的奴隸，這是自由的我們所永遠不能接受的！

研究結果已發表在2017年2月7日的《物理評論快報》（Physical Review Letters），可在此處查看論文：https://arxiv.org/abs/1611.06985

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