導語：最近，一次革新性的量子實驗證實了“超距作用”的真實性，這個愛因斯坦一定會討厭的怪異現象——在這種現象中，相關聯的粒子會超光速地交流。這就從根本上動搖了愛因斯坦的“定域實在論”。
圖|來自世界各地的玩家一同幫助科學家完成真隨機性實驗
為了完成這個實驗，一共有來自10個國家的12個物理學家小組、超過10萬名遊戲志願玩家和超過9700萬個數據單元參與其中——所有的實驗數據都是人工隨機生成的。
這些身處世界各地的志願者在2016年11月30日同時開展了一項在線視頻遊戲，產生了數百萬比特，或者說“二進制數字”——這是計算機存儲數據的最小單位。
然後，物理學家們用這些隨機數據進行了“貝爾測試”。這種測試的目的是證實糾纏的粒子（處於一種神秘連接狀態的粒子）可以超光速傳遞信息，以及糾纏態粒子可以在被測量的瞬間“選擇”自己的狀態。
該研究的合著者、西班牙巴塞羅那光子科學研究所的量子光學教授摩根·米切爾告訴記者說，他們最近一項新研究的研究結果報告與愛因斯坦的“定域實在論”相矛盾。
“愛因斯坦關於局部現實主義的世界觀是物體的本身屬性不隨人為觀察而改變，並且沒有任何物理作用能比光速更快。這就與我們實驗的結果相悖了，至少其中一種情況必須是錯誤的。”米切爾說。
這就引入了兩種振聾發聵的觀點的可能性：我們對世界的觀察實際上改變了它，或者粒子是在以某種我們無法觀測到的方式彼此溝通著。
愛因斯坦的世界觀——是真的嗎？
自20世紀70年代以來，物理學家就已經在用貝爾測試來測試定域實在論的合理性了，貝爾測試在20世紀60年代由愛爾蘭物理學家約翰·貝爾首次提出。
貝爾測試的基本思想很簡單：實驗者需要產生一對糾纏的粒子，並將它們送往兩個不同的實驗站，在那裡它們的其中一個性質（比如自旋或極性）會被測量。如果測量發現這兩個粒子產生的結果一致，就意味著要麼對其中一個粒子的測量會立即影響到另一個粒子的性質，要麼測量本身會導致粒子擁有該性質。如果測量的結果不相符，那麼就驗證了愛因斯坦的定域實在論。
圖|約翰·貝爾
為了進行貝爾測試，物理學家會將隨機選擇的測量值進行比較，例如比較存在於不同位置的兩個糾纏粒子（如光子）的極化。如果一個光子在一個方向上極化，另一個光子則只會在一定的時間內橫向移動。
如果成對糾纏粒子測量結果相同的次數高於閾值——即成對粒子間的相關性超過了一個上限，那麼無論粒子種類、測量的選擇順序如何，都能表明粒子僅在被測量時才“選擇”它們的狀態。這意味著這些粒子可以立即與彼此進行交流——這就是曾讓愛因斯坦非常困擾的所謂的超距作用。
因此，這些同步的反應與愛因斯坦的概念相矛盾，而愛因斯坦的觀點構成了古典力學的基礎。然而在過去的幾十年裡，所有貝爾測試的實驗結果都偏向於量子力學。一次又一次的測試表明，糾纏的粒子確實表現出超過閾值的相關狀態。愛因斯坦很有可能錯了。 [這正是物理學中的18大未解之謎之一]
圖：量子力學的逼近研究是否會逐漸動搖愛因斯坦理論的精確性？
但是，貝爾測試要求對粒子衡量的特徵要完全隨機取值。這很難做到，因為各種各樣未考慮到的因素都會影響研究人員的選擇，甚至電腦的隨機數據生成也都不能算是真正的隨機數，這給貝爾測試帶來了一個缺陷——自由選擇漏洞。如果測量結果不是真正隨機的，貝爾測試就不能確定排除定域實在論。
因此在這項新研究中，研究人員才想要收集巨量的人為數據，以確保數據的真實隨機性。研究人員稱，這些數據比以往任何時候都更具隨機性，因此這些數據使他們能夠彌補相關實驗一直以來都存在的漏洞。
摩根在一份聲明中說：“定域實在論是我們無法用機器實驗回答的問題。可能只有把我們自己都考慮在內，列為實驗的一部分，才能保證實驗完全、純粹的真實。”
隨機數發生器
志願者玩家們參與的遊戲被稱為大貝爾測試，在一個名為Big Bell Quest的在線攻擊遊戲中，玩家快速重複點擊屏幕上的兩個按鈕，其值分別為1和0。之後，他們的選擇會被導入位於五大洲的各處實驗室中，被用來進行糾纏粒子的測量比較實驗。
根據研究報告，每個實驗室在不同的測試中進行了不同的實驗，使用不同的粒子 - 單原子，原子團，光子以及超導設備 - 並且他們的結果顯示在各種測試中“與定域實在論強烈的不一致” 5月9日在“自然”雜誌上發表。
實驗還表明人類和量子粒子之間具有有趣的相似之處，這與隨機性和自由意志有關。 如果貝爾測試的人為影響測量是真正隨機的，不受糾纏粒子本身的影響，“如果我們的行為是真實隨機的，那麼它們也是。”米切爾解釋說。
圖| 來自190個國家的志願者參加了一項遊戲，為研究人員提供了超過97,000個隨機比特，科學家們使用這些位來測量糾纏粒子
十萬人助力的此次科學實驗，使得愛因斯坦的定域實在論再遭新挑戰，同時量子理論在這些實驗中也不斷完備，但究竟結論如何，還需要進一步的大量實驗，不過換個角度的話，這也提供了全民科研的可行性。
審校 | 楊子彤 Soybean
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