我們需要用更現代的手段、更多的思辨來深入探索量子世界的本質。 我們會講一些精妙的實驗，我會盡力去掉這些實驗的技術細節，幫助你直接理解思想，但我希望你也多動動腦筋。 這一切都是值得的！ 如果你把你的腦力花在量子力學上，你就對得起你的大腦，對得起這個時代。
探索世界往往意味著學習越來越復雜的事物。 例如，什么是核武器和核電站，什么是核聚變？ 基本粒子是什么？ 它們的分類和特性是什么？ 就像玩游戲，打開新地圖一樣，內容越來越豐富。英語作文，每個級別都有更多新的寶藏。 量子力學的前半部分是這樣的：我們從一片烏云開始，實際解釋為什么世界上的一切都是這個樣子。
這一次不是打開新地圖，而是解決一個案件：我們要更深入地探索，看看能否挖掘出它的秘密。
這個探索方向有點哲學味道。 我們不得不問一個古今中外思想家都曾問過的問題——
這個世界是真實的嗎？
奇怪的世界觀
我們假設您剛剛來到地球。 你睜開眼睛，看著周圍的一切。 圖像和聲音清晰，各種物體有豐富的觸感，還有人和你互動……但你還是想問一個問題：這是真的嗎，還是我在這里？ 做夢呢？
可能有人覺得這個問題有點奇怪。 現實世界和夢境或者游戲中的虛擬世界有區別嗎？ 它們是有區別的。 我不知道其他差異，但我知道一個關鍵差異。 現實世界是客觀存在的； 虛擬世界為你而存在。
例如，月亮。 現實世界中的月亮，即使在看不見的白天，也依然勤奮地存在著。 它按它該動的樣子，上面的每一?；覊m都得一絲不茍吧？ 但在虛擬世界中情況并非如此。 游戲只會渲染屏幕上顯示的場景。 游戲中有一片森林。 如果此時那片森林里沒有玩家，系統就不會營造出那片森林的視覺效果，更不會模擬一片樹葉被風吹落的場景。 虛擬世界中的月亮在沒人看的時候并不存在——或者至少不像有人在看的時候一樣存在，對吧？
事實上，你從不懷疑眼前的世界是虛擬的。 王陽明不是說過嗎？ “當你不看這朵花時，這朵花和你的心一起沉默。當你看這朵花時，這朵花的顏色瞬間變得清晰?！?你覺得這看起來像一朵花，是一個游戲，是為你制作的嗎？ 渲染了？ 叔本華說，整個宇宙可能是“帕魯納神”的幻象所創造的幻象，就是“瑪雅之幕”。 笛卡爾還懷疑，如果“我”不思考、不分心、不睡覺，那么“我”可能就不存在。 這些都是合理的，但這些思想家的弱點是他們的假設是不可證偽的。 不管你信不信，你總是沒有證據。
我現在想說的是，量子力學為這個問題提供了新的視角。 量子力學是可以被證偽的。
讓我們想象這樣一個場景。 你發現兩枚一美元硬幣，一枚是 2019 年制造的，另一枚是 2020 年制造的。除了上面寫的年份之外，它們一模一樣。 你雙手合十，將手掌中的兩枚硬幣搖晃幾次，然后將它們分開，每只手各握一枚硬幣。
現在請閉上眼睛，想想接下來會發生什么。
你不知道哪只手拿著哪枚硬幣。 你張開左手，發現里面有一枚 2019 年的硬幣。 所以你馬上就知道你右手里的硬幣一定是2020年的硬幣。
這是一種常見現象，但可以用兩種方式來解釋。
第一個解釋是，當你的左右手分開時，在你張開左手看之前，哪枚硬幣在哪只手上的結果就已經確定了。 你后來看到你左手上的硬幣是2019年的硬幣，只是因為你左手上的硬幣“本來”是2019年的硬幣——這個結果與你“看到”的動作無關。 如果真是這樣，我們就可以說世界是一個“客觀現實”。 這就是我們的“古典”世界觀。
第二種解釋是量子世界觀。 也許當你的左右手分開時，哪一枚硬幣在哪只手上……在你張開左手看之前，是不確定的。 就是當你張開左手的時候，你左手的硬幣瞬間“變成”了2019年的硬幣貝爾物理學家，然后它立刻給右邊的硬幣發了一條通知，說我的地方已經變成了2019年，而你的樣子在那邊只能是2020年了！ 右邊的硬幣得知這個消息并表示遵守，所以當你再次打開它在右手上時，里面一定有一枚2020年的硬幣。
您認為這種量子世界觀給人一種強烈的虛擬感嗎？ 與經典世界觀相比，它有兩點奇怪。
首先，幣齡是一個根據你的觀察暫時確定的屬性。 在你張開左手看它之前，你不僅“不知道”它的年份，而且它根本“不”有“年份”這個屬性。
其次，左手錢幣在確定了年份屬性的那一刻，實際上就向右手錢幣發出了一條消息，右手錢幣立即收到并采取了行動。
這可能嗎？ 硬幣大小的東西肯定不可能是這樣的。 但我們要展示的是，微觀世界中的事物，比如光子和電子，都是這樣的。
“隱藏變量”和“幽靈般的遠距離作用”
正如我們前面提到的，量子力學認為，電子必須同時通過兩個狹縫并與自身發生干涉，才能在屏幕上產生干涉條紋。 這意味著在你測量之前，電子的位置是一種“疊加態”：未被觀測到的電子根本沒有明確的“位置”。 后面你要觀察它的位置，給它一個位置。 同樣，電子最初“沒有”自旋。 您必須沿著某個方向進行測量才能測量該方向上的旋轉。
測量結果完全不確定。 為什么這個電子落在屏幕上的這個位置而不是其他地方？ 怎么這次又轉起來了？ 沒有理由。 兩個鈾原子放置在您的面前。 5 分鐘后，其中一個腐爛，另一個則沒有。 為什么是這樣？ 量子力學認為這是沒有理由的。 這是一個純粹的隨機事件。
但古典世界觀的支持者卻不這么認為。 愛因斯坦會告訴你，兩個原子之一衰變而另一個沒有衰變的原因是它們有一些你不知道的不同之處。 無論是電子的自旋，還是電子怪異的干涉行為，背后都有一些更微妙、隱藏的因素在起作用。 就像天氣預報說“明天下雨的概率是30%”，這并不是說下雨不下雨是完全隨機的，只是因為我們的信息收集和技術手段不夠全面：如果你像上帝一樣無所不知、無所不能，是的，你知道所有相關因素，你可以準確預測明天是否下雨。
這就是所謂的“隱變量”視角。 隱變量觀認為電子與日常生活中的物體是一樣的。 它的位置、動量、自旋都可以根據一些隱變量隨時改變，但它們總是清晰存在：只是因為你沒有掌握那些隱變量。 ，你認為結果是隨機的。 愛因斯坦有句名言：當沒有人看到月亮時貝爾物理學家，你真的認為它不存在嗎？
這兩種世界觀的直接碰撞，就是愛因斯坦和玻爾在1935年最后一次辯論中提出的“EPR悖論”。讓我用最簡單的語言再次向大家解釋一下這個悖論。 例如，我們將兩個原本在一起且相互關聯的電子分開，一個向南，另一個向北。 它們的初始總角動量為0。當它們已經相距很遠時，你測量南邊電子的自旋，得到的結果是自旋向下。 那么根據角動量守恒定律，北邊的電子自旋一定是向上的。
這和我們剛才提到的兩個幣是同樣的操作。 對此有兩種解釋。
量子力學的解釋是，南方的電子本來沒有自旋，但是當你測量這個作用時，它隨機地賦予它向上的自旋，因此北方的電子立即獲得了確定的向下自旋。
愛因斯坦認為這是不可能的。 兩個電子相距這么遠，怎么可能一個電子改變另一個電子立即改變呢？ 一件事如何能在瞬間影響千里之外甚至無限遠的另一件事呢？ 這不是“鬼魅”的“遠距離行動”嗎？
所以愛因斯坦的解釋是，這就像猜硬幣一樣常見。 兩個電子總是有自旋。 根據某種隱變量，有時一個向上，另一個向下，有時這個向下，另一個向上。 因為它們本來就是一起變的，根本不需要協調。 如果您認為您偶然觀察到向上的結果，那只是因為您不了解隱藏變量。
當時爭議尚未解決。 這兩種解釋似乎都成立，但人們想不出任何方法可以通過實驗來證明。 “鬼影遠行”就等于說世界是虛幻的。 這似乎是一個很難證偽的理論......
直到近三十年后，才有人想出辦法證明這一點。
貝爾復出
約翰·貝爾（John）1928年出生于愛爾蘭，愛因斯坦提出EPR悖論時他只有7歲。 貝爾是歐洲核子研究中心的理論物理學家，主要業務是加速器設計。 貝爾一直對量子力學很感興趣，但他不好意思告訴別人。
為什么？ 因為在貝爾的全盛時期，量子力學已經不再是物理學的主流話題。 過去幾十年，是第二次世界大戰和美蘇冷戰。 原子彈讓各國政府見識到了物理的力量。 物理學家都是炙手可熱的，他們不斷地用越來越多的資金開辟新的地圖。 加速器已被用來創造各種新物理，而激光和半導體已被用來創造各種有價值的應用。 與那些話題相比，量子力學就顯得老套、幼稚了……
也許更重要的是，早在1932年，早在愛因斯坦發動最后一擊之前，馮·諾依曼就出版了一本名為《量子力學的數學基礎》的書，聲稱已經從數學上嚴格證明了量子力學是對的，潛變量理論是錯誤的。 馮·諾依曼是誰？ 他是大神中的大神，天才中的天才，聰明，勤奮，幾乎無所不能，風格優雅。 據說，馮·諾依曼博士論文答辯時，衣著考究，以至于有老師忍不住問他的裁縫是誰。 當馮·諾依曼說量子力學是一個完整的理論時，其他物理學家認為問題已經解決了。
貝爾只是一個出身貧困家庭的普通人。 據說，他曾在物理系當技術員，因為付不起大學學費，教授們只好借書給他。 他對問題思考很深，平時是個很安靜的人，但有時也喜歡和別人辯論。 他曾經直接說老師在量子力學課上不誠實。 貝爾發現了馮·諾依曼書中的一個嚴重錯誤。 貝爾說：“馮諾依曼的證明不僅是錯誤的，而且是愚蠢的！” 貝爾認為，必須驗證EPR悖論才能真正證明量子力學。
1964年，貝爾在休假期間寫了一篇論文，提出了一種驗證EPR悖論的方法。 他甚至不敢將論文發表到主流物理期刊上，故意發表在不太出名的期刊上。
這篇論文還是被很多人看到了，但是并沒有產生驚天動地的效果。 直到八年后，有人做了實驗證實了貝爾的理論，但即便如此，它也沒有成為熱門話題。 大概是20世紀90年代以后，主流物理學的突破越來越慢，物理學家的興趣開始分散，人們又對量子力學產生了興趣。 今天任何一本關于量子力學的書都必須提到貝爾的證明。
貝爾從未告訴任何人他是如何得出這個證明的。 這真是一個巧妙的證明。
