爱因斯坦+诺贝尔=上帝是个赌徒！

须弥藏芥子，芥子纳须弥。

宇宙 浩瀚无垠 ，量子 至微至小 。

但宇宙最核心的秘密，可能藏于量子之中 。

20世纪物理学可谓波澜壮阔，荡气回肠。

其中震撼人心的成就，非 量子力学 莫属。

全世界的天才 普朗克 、 爱因斯坦 、 狄拉克、 薛定谔 、 德布罗意 、 玻尔 、 玻恩 、 海森堡 、 泡利 、 贝尔 、 费曼 ……等等都沉迷其中。

量子力学实在太深邃，太神奇，甚至太玄乎。

比如 量子纠缠 ，又被称为“ 一个幽灵般的超距作用 ”。

还有概率论，不确定性……简直就是科学家开赌场 ？

爱因斯坦实在是看不下去了：上帝不会掷骰子！

可他的对手哥本哈根学派提出质疑，上帝真不掷骰子吗？

2022年 ，诺贝尔物理学奖的三位得主，长期以来从 实验 上给出答案。

他们解答了贝尔不等式，助攻了量子力学，确认了上帝就是一个赌棍 。

下面，就让我们用最通俗易懂的方式，告诉8岁以上的朋友们：

为什么上帝掷骰子！

上帝是否掷骰子，得出答案并不容易。

这个问题，

涉及到量子力学的本质。

这个问题上的对峙，

在科学史上，是极为漫长又罕见的思想较量。

不管是时长、参与方还是历史影响，

都可以说是空前绝后。

正是因为这样的较量，

才让量子力学得以成为正统显学。

参与较量的双方，

一边是史诗级的大神，

一边是天才们的黄金战队：

关于量子力学的较量，一共进行过三次。

正是这三次颇具影响力的思想对决，

奠定了量子力学的世界级地位，

使它成为20世纪最伟大的量大理论之一。

“上帝掷骰子”吗？

也成了争议的焦点所在。

事件从1927年说起，

那是一个不寻常的年份。

这一年的10月24日，第五届索尔维会议召开。

这是双方第一次较量。

此次会议之前，以玻尔为首的哥本哈根学派，

围攻了爱因斯坦的跟班薛定谔，

并提出一个让所有人瞠目结舌的理论：

世界万物都是随机的！

爱因斯坦非常不爽，

他来参加这次会议也是专程想找玻尔麻烦的。

整个物理界能排得上号的人基本都来了。

大家也心知肚明，这次有好戏看了。

大家还记得下面这张图吗？

爱因斯坦、玻尔、薛定谔、德布罗意、波恩、

普朗克、朗之万、狄拉克、居里夫人

……

29个人，

其中17个人是诺贝尔奖获得者！

这群人组成了一支“物理学全明星梦之队”，

留下了人类历史上智商最高的一张合影。

爱因斯坦首先向哥本哈根派发难。

他提出一个模型：

一个电子通过一个小孔得到衍射图像。

你们说，

电子在到达感应屏前都不确定，

达到的一瞬间概率就变成了100%?

这种随机性不是要以超距作用为前提吗？

这是违背相对论的！

哥本哈根派内心一阵颤栗……

这可是大咖爱神，大当家玻尔的偶像。

面对反方大BOSS，

哥本哈根派大哥玻尔站了起来。

他有些不忍反击，试图先打感情牌：

难道不正是你第一次提出光的波粒二象性吗？

难道不正是你帮我奠定了“旧量子论”的基石？

难道你不更应该接受更新的量子力学，

把理论向前推进一步？

可此时的爱因斯坦，

已经吃了秤砣铁了心：

别跟我打感情牌，我只站在真理一边。

玻尔见偶像不回应，只好狠下心回击：

你这个模型，

同样不能避免测量仪器，

对电子不可控的相互作用。

电子在通过A缝时，如果不超距，

怎么感知旁边没有其他的缝呢？

也就是说，

其实你这个模型也符合量子理论，

你还要反驳我们吗？

爱因斯坦想反驳，

可憋了半天硬是没憋出一个字。

低估了对手实力，爱因斯坦很不服气。

什么随机性，什么几率分布，

这是科幻作家干的事。

我一个受过正统教育的科学家，

是绝不会放弃因果律的！

他又提出一个模型：电子双缝干涉实验。

若控制装置，

让某一时刻只有一个粒子穿过，

并分别关闭狭缝，

电子的准确路径和位置就可以测出。

由干涉条纹又可以计算电子波的波长，

从而可以精确确定电子的动量。

怎么样，

这下你们的测不准关系被否定了吧？

爱因斯坦自以为这一局一定稳胜。

但玻尔却古怪的笑了：

老爱，如果你关上其中任何一个狭缝，

实验的状态就完全改变了！

双缝开启干涉现象也不再出现，

实验又回到了单缝状态，

等于又多了一次不确定因素！

爱因斯坦目瞪口呆，

这个实验，不仅没反驳成功互补原理，

反而用互补原理说明了波粒二象性！

1930年，第六届索尔维会议召开。

这是第二次较量。

同样的季节，同样的地点，同样的老相识。

这次，爱因斯坦有备而来，先发制人。

快准狠地打出一个实验：光箱子。

箱子里有n个光子，间隔△t时间打开箱子，

每次只放出一个光子，△t确定。

再用理想的弹簧秤测出箱子质量轻了△m，

将△m代入质能方程E=mc²，△E也确定。

既然△E和△t都确定，

那你们家不确定性原理，

△E△t>h，也就不成立!

一记白虹贯日，直中要害。

玻尔毫无思想准备，当场懵了。

于是他紧急召集兄弟，

整个社团开启一级戒备。

第二天一大早，一夜没合眼的玻尔，

顶着两个浓重的黑眼圈，

出现在台上。

好，你说一个光子跑了，

箱子轻了△m，这没问题。

那怎么测量这个△m呢？

老爱你是不是忘了，

你自己广义相对论中的红移效应？

引力场可以使原子频率变低，

等效于时间变慢。

你想要测量△m或△E，

可你其实根本没办法控制光子逃出的时间△t，

它测不准！

这一招实在太狠，

对方竟然用自己的独门绝技打败了自己？

爱因斯坦再一次哑口无言。

第二次较量，爱因斯坦又输了。

1935年，爱因斯坦率领两个小弟，

再一次向哥本哈根学派发起进攻。

进攻的号角，是一篇论文：

《量子力学对物理实在的描述可能是不完备的》。

这是爱因斯坦与玻尔的第三次对决。

这一次，

爱因斯坦吸取了教训，

不再攻击量子论是错误的，

而说它是“不完备”的。

关于量子力学，

爱因斯坦有两个“执念”：

一个是，怎么可能有超光速信号的传播？

爱因斯坦叫它为“定域性”。

另外一个是“实在性”：

你不去看，

难道天上的月亮就不存在了吗？

为此，爱因斯坦设置了一个实验，

来说明量子力学违背了定域实在论：

一个母粒子，

分裂成两个自旋方向相反的子粒子A和B。

这两个粒子互相影响：

如果A为“左旋”，那么B一定“右旋”，

以保持总体守恒，反之亦然。

按照量子理论，

即使将A、B分隔在银河系两端，

相隔10万光年以上，

你对A吹一口气，B也能在一瞬间做出反应。

爱因斯坦心里想：

这难道不是一种鬼魅般的超距作用吗？

怎么可能有超光速信号？

这不违背了定域实在论吗？

这显然不可能。

因此，量子力学并不完备！

综上所述，就是整篇论文的论据。

这个思想实验， 也叫做“EPR佯谬”，

命名灵感来自三人名字的缩写。

爱因斯坦心里想：

玻尔，这一次你别想睡踏实了！

但玻尔却淡定地给出了反击：

老爱，我就问你，

当你假定两个粒子在观察前，

就已经有个“客观”的自旋状态存在，

这两个客观存在的粒子，

究竟从哪儿来的？

玻尔此次回应并没有说服爱因斯坦，

双方之间的较量陷入僵持之中。

因此，尽管量子理论体系越来越丰富，

在一次又一次的实验中取得胜利，

但质疑的声音却从未停止。

这两个伟大科学家之间的较量，

早就超越了个人之间的战争，

因为这是一场关于世界本质的辩论。

微观世界到底符合古典的定域实在论，

还是量子不确定性?

最终一定要做个了断。

爱因斯坦1955年死去后，

薛定谔，泡利，玻尔也相继去世，

诸神的黄昏，让人唏嘘。

物理学上的黄金一代最终落下帷幕，

那高山仰止的时代一去不返。

但是关于量子理论的争议却延续至今，

影响着后来一代又一代的天才。

微观的真相究竟如何？

爱因斯坦与玻尔到底谁是对的？

答案留给了一批新生代科学家，

其中之一就是终结者：贝尔。

自命不凡的贝尔，

遗憾没有赶上科学史上的最好时代，

错过了与“黄金一代“正面硬刚”的机会。

1964年，贝尔出手了。

他不喜欢量子力学那听上去主观唯心的一套，

他想要的是一个

确定的、客观的世界。

可爱因斯坦这么多年都没有成功，

区区贝尔，能行吗？

贝尔有自己隐藏的绝招，

绝招就是1952年玻姆提出的隐变量。

当年薛定谔的猫闹事，

玻姆想用隐变量来哄猫，

可猫没哄成，他自己反而还被轰下了台。

在新一代大神冯·诺依曼的禁锢中，

隐变量举步维艰。

可贝尔坚持认为，

隐变量是反击哥本哈根学派的“大杀器”。

相比哥本哈根那玄乎的一套，

贝尔更喜欢隐变量理论。

虽然玻姆的隐变量抛弃了定域性，

但它至少恢复了世界的实在性。

只要在这基础上，

再证明一个定域隐变量的存在，

那就证明了量子力学的非定域性也是错的。

于是，贝尔撸起袖子，

研究起了爱因斯坦的老实验：EPR。

在EPR里，

一个母粒子分裂成了：

两个自旋方向相反的子粒子A和B。

按照爱因斯坦一派隐变量的思想，

两个子粒子A和B，

就像南北极的两只手套

不管你观测不观测，

它们是左手还是右手，

在分开那时起就已经确定了。

先将A、B两个粒子，

放在一个三维空间XYZ中，

如果A粒子在X方向上自旋为+，

B粒子在X自旋必定为—。

再假设某个Pxy平面,

是粒子A在x方向上，

和粒子B在y方向上的相关性，

平面Pzy、Pxz同理，

则可得出:

亢奋的贝尔一头栽进了A、B粒子的纠缠中，

最后他推导出一个数学公式，

它就是著名的贝尔不等式：

可别小看了这个长相普通的不等式，

它是一个神奇宝贝，

对宇宙的本质做出了最后的裁决。

它意味着，

如果我们的世界同时满足 定域性和实在性，

那么， 两个具有相反自旋方向的粒子，

其运动必定受限于不等式。