贝尔定理 单光子-贝尔定理单光子

想象一下，你手里攥着一张特制的扑克牌，要么是一个装着一滴水的玻璃球，然后你把它扔进了风中。
这风的方向是不确定的，便这滴水和这张牌也跟着飘走了。你会期待它能回到原来的那个位置吗？自然会。你会期待它能保持原来的颜色吗？自然会。 但在量子世界里的光子可没那么听话。当你打开一个彻底封闭的盒子，里面装着一个已知是单光子的探测器，而这个世界暂时是死寂的，没有任何外界干扰时，情况就彻底变了。在这个死寂的绝对零度真空里，那个光子就像是被封印在工夫里的幽灵，它拥有着清楚的“存有”状态，你是百分之百确定的。它要么在那，要么不在，状态是确定的。 可是，一旦这扇门开了，风一吹，情况就乱套了。
这个光子瞬间展现出了它“非存有”的一面——也就是说，它在测量之前，并不停留在某一个具体的位置或状态里，而是处于一种“叠加态”里，也就是它与此同时“在”那里，“不在”那里。你扔出光子，风一吹，它就飘走了。
然后呢？你再去碰那个探测器。你实际上是在和这个光子玩一场扔硬币的游戏。当你把光子固定在盒子里时，你和光子都在同一边（都在盒子里）。但你一旦打开盒子，光子就立马展现出它所有的可能性：它可能在盒子里，也可能在盒子里面外面，它与此同时存有。它并没有经历一个“变成”的过程，它只是在那一瞬间，与此同时拥有两种身份。 这就仿佛你在赌牌桌上，你手里握着一张写着"5"的扑克牌。
要是你不敲桌子，你就知道这张牌是 5，你赢了。但你一敲桌子，这张牌就变成了"10"、"2"要么"5"，它瞬间展现出所有的可能性。它不是变成 10，它就是 10、2 和 5 的总和。它与此同时存有于所有可能的位置上。 这种现象跟经典的世界观彻底脱节。经典世界里，两个事物不能与此同时拥有两个属性，就像一枚硬币，要么正面朝上，要么反面朝上，不可能既是正面又是反面。但当量子世界的“量子比特”被观测时，它就与此同时拥有这两个属性。
这就引出了一个庞大的哲学难题：观测者到底是在转变状态，还是状态本来就没有定论，只是等你去看的时候，才显露出原本的样子？经典的答案是，观测者务必介入，把一种可能性变成现实。而量子世界的回答是，这种可能性在启动就被创造出来了，观测者只是把它给看到了。 爱因斯坦当时就对此嗤之以鼻，他认定这是量子力学还没成熟的表现。他坚信物理定律应当是确定的，可即便你打开盒子，你也只能看到概率，无法看到那个实际上“在”盒子里的确定状态。
直到后来，贝尔提出了他的定理，把量子力学的概率预测和经典世界的局域实在论做了最直接的对比。 这就好比你要解释，为啥在量子世界里，两个粒子能够瞬间让整个地球变成量子纠缠体，不管它们相距多远。按照经典直觉，事件应当是分两步走的：粒子 A 先拍板好状态，然后粒子 B 再去接收这个信息。可实验结局告诉我们是后者的情况。爱因斯坦抵制的是“超距功能”，他坚持认定信息不能以超光速传递。但他最终发现，量子力学的数学模型在解释实验数据时，是完美无缺的。 这就好比你去掉硬币的盖子，那硬币的背面实际上早就长在那儿了，只是盖着的时候它和正面混在一起看不出来。当你揭开盖子那一刻，硬币的状态就被强制固定了，你看到了它原本的样子。 单光子实验证明，所谓的“隐变量”理论——也就是爱因斯坦所说的那些拍板命运的小东西——实际上并不存有。
要是你试图在实验启动前预设好光子究竟会落在哪儿，那只能骗过你的眼，但数据不会撒谎。实验显示，光子确实表现出了，它与此同时参与了所有的可能性。它没有走哪条路径，它所有的路径都与此同时存有。 这就把量子力学推向了更深的层面。我们平时用的“波函数坍缩”理论，往往是“薛定谔的猫”还没死的时候，它既是活的又是死的，直到你打开盒子，它才突然变成了猫。但量子力学的另一种解读认定，猫在盒子里之前，实际上就已经是“既是活的又是死的”这种混合体了。它并没有经历一个变猫的过程，它一启动就是那种不清楚的样子。 这让我想到为啥我们小时候玩“玩花招”游戏，要么放烟花。烟花一爆炸，颜色立马全出来了。
那并不是烟花变成了红、蓝、绿，而是烟花一启动就混合了所有颜色的化学成分，当火焰点燃的那一刻，它瞬间展现出所有颜色的可能性。
你看到的是一瞬间的总和，而不是演变的过程。 光子就是那个瞬间的总和。它没有那会儿，也没有未来，也没有目前的中间状态。它就在那里，全都在。当你观测它时，你并没有转变它，你只是和它确认了它此刻的全体状态。
这就解释了为啥量子力学里，测量结局看起来一直随机的，出于随机性就像是宇宙给每一局游戏随机生成的唯一剧本。 要是你坚持认定这种随机性只是出于我们不知道具体是哪一种可能性形成了，那就会把难题简化成认知的难题。但事实是，宇宙本身就是一个庞大的纠缠体，它与此同时拥有所有可能性。所谓的“真相”，实际上只在你打开盒子的那一瞬间才真正显露出来。在盒子关闭之前，真相就像是一个不清楚的幻影，只有在被观测的那一刻，它才变成具体的、有重量的东西。 故此，当我们谈论量子纠缠时，我们不是在谈论两个物体之间的某种神秘连线，我们是在谈论一种彻底不同的现实结构。在经典世界里，工夫是线性的，那会儿和未来有界限，中间隔着目前。但在量子世界里，工夫可能是存有的，但不是线性的。光子能够与此同时处于所有位置，它没有“之前”也没有“之后”。它和它的纠缠伙伴，在这个意义上是与此同时存有的。 这听起来是不是忒抽象了？但要是你试着去想象，试试去理解那个无法被捕捉的瞬间，你就得接纳：有时候，我们当作的东西，实际上只是出于我们还没看到它罢了。就像你看不见伸手不见的黑夜，你只能看到白天的忒阳。但你伸手不见黑夜，你实际上看到了黑夜的全体。 单光子的实验告诉我们，量子世界并不遵循我们熟悉的逻辑。它不遵守因果律的线性展开，也不遵守局域实在论的好办分类。它是一团混沌的、叠加的、与此同时存有的能量。
只有当你真正去观测它，强行把它钉住时，那团混沌才变成了具体的形状。 这就是量子力学最迷人的地方，也是最令人心碎的地方。它告诉我们，我们所认识的世界，或许只是整个宇宙可能状态中的一局部。我们看到的确定性，实际上是观测者强行赋予给混沌的一个幻觉。
那个幻觉之故此存有，是出于我们不想面对那种“一切可能”的真相。 在贝尔定理的框架下，这种可能性不是概率，它是本体论上的存有。光子不是“可能”在盒子里，也不是“可能”在外面，它就是与此同时在那两个地方。
要是你说它可能在那里，实际上是在否认它的存有。
要是你说它可能在那，实际上是在否认它的非存有。它务必被观测才能“存有”。一旦未被观测，它只是是一个数学概念，一个潜在的可能性集合。 这让人重新思索日常生活中的大量现象。
为啥我认定“目前”是清楚的？出于我的大脑用某种方式筛选了无限的可能性，只留下了一个版本的结局。
为啥我认定“与此同时”是存有的？或许是出于我的感官和神经在接收到信号时，已经处理了所有可能性的通路。 量子力学并没有让我们理解得更深，它只是让我们意识到，我们之前的理解是多么的狭隘。我们当作光是一条线，是一条从那会儿通向未来的直线。但它实际上是一个球体，要么更准地说，是一个叠加的球体。它在所有方向上都存有。 故此，当你下次看到一道闪电划过夜空，要么看到两个遥远天体之间出现量子纠缠的波动时，请记住：在那一瞬间，它们并没有分别去往某处。它们都没有去往。它们与此同时在那里，与此同时在那里。观测者只是让这团混沌显形。
这就是量子力学的终极秘密，也是最好办的真相。