【新闻】 来帮爱因斯坦玩个大游戏！终结量子物理世纪之争，兴许就靠你了！

大熊星座

你很可能已经见过了那张著名的照片 ——有史以来平均智商最高的合影。

爱因斯坦，玻尔，居里夫人，普朗克，布拉格，郎之万，波恩，德布罗意，海森堡，泡利，狄拉克，薛定谔，洛伦兹……这其中任何一个人都足以名垂青史，而1927年的索尔维物理学会议，因为这张会后合影也成为了天才最密集的会议之一。


第五次索尔维会议（点击可查看大图）

但这不是一张其乐融融的照片。恰恰相反，它的背后，是整个现代物理学中最举足轻重的一场辩论的开端，令最优秀的头脑割裂成征战不休的几大阵营。因为它所触及的，是我们这个世界中物理实在的本质——

而就在明天，你将能够亲自参与一场规模庞大的实验，为结束这场世纪之争作出属于你的一点微小贡献。

在讨论这个巨大的话题之前，让我们先想象一个平凡而熟悉的场景：

你在教室里，但老师不在。

这个时候飞来飞去的纸团，八卦和尖叫笑声充斥在空气里。

“小心！老师回来了！”

第一个注意到老师目光的人提醒了其他同学，然后你立即回到属于自己的小角落，当作什么事都没有发生过。



你能想象，当没有人在的时候，教室的桌子和椅子有可能也会这样吗？

你能想象，这些物体可能不是固定的、一成不变的，而在人们观察的时候，就会迅速恢复到正常状态？

如果你觉得这种想法只是天方夜谭，那么你并不孤单——1927年的爱因斯坦，就是这么认为的。

但现在我们认为，爱因斯坦可能错了。科学家发现，一些非常小的粒子，比如原子，在观察时确实会有变化。那么有没有可能组成椅子的这些原子在发现我们到来以后也会互相提醒，然后把最好的一面呈现出来呢？


图片来源：ArchiExpo

这是个让人不安的未解之谜。

但更难以回答的是：假如我们在观察的时候，原子的状态确实会变得不一样，那么有没有一种方法能让我们知道，它有没有改变呢？

​1964年，物理学家约翰·贝尔写下了一篇如今已经名垂青史的论文：《论爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论》。从这篇论文中诞生了一个伟大的实验思路；而明天就要开展的大贝尔实验，就是它的成果之一。

来自世界各地的科学家希望通过这个实验，来测试当他们观测时到底发生了什么，到底有没有串通一气、在观测时临时改变状态。但是科学家们不能独立完成这个实验，他们需要你的帮助，需要你的输入来帮助他们的观察过程变得随机、变得不可预测。


是的，如果想知道实验室里的粒子有没有串通一气，在发现科学家观测的时候临时改变状态，就一定要做这个测试。

量子力学认为，微观粒子在没有被观测时，甚至比没有被老师盯着的学生更加欢脱，完全没有正形，上天下地无所不在——直到对它进行观测，粒子才会突然老实下来，正襟危坐，有了确定的状态。

量子力学还认为，相互独立且都没有正形的两个粒子能够“纠缠”在一起，只要对其中一个粒子进行观测，不仅是被观测的粒子，与它纠缠的另一个粒子也会瞬间老实下来，无论它们之间相距多远。它们之间“通风报信”的速度远远超过光速——这是爱因斯坦无法接受的，他把这个现象称为“远距离闹鬼”。贝尔实验要检验的，恰恰就是这种现象。


爱因斯坦和玻尔 图片来源：Environment Clean Generations

实验原理说来简单：把一对纠缠粒子分隔两地，让不同的观测者，比如Alice和Bob，同时对两个粒子进行独立观测，具体观测方法则必须由随机选择而定。只有真正作出随机选择，才能打粒子一个措手不及，不让它们有提前串通的机会。对大量成对的纠缠粒子进行随机观测后，Alice和Bob再来比较他们各自观测得到的数据。

这个时候，就轮到“贝尔不等式”隆重登场了。别怕，我们不需要了解贝尔不等式到底是怎么回事。我们只要知道，如果Alice和Bob的结果满足这个不等式，就证明“远距离闹鬼”不存在；反之，如果违背这个不等式，则证明“远距离闹鬼”现象是确实存在的。

自提出以来，这样的实验已经在世界各地进行过许多次，每次实验的结果都明确违背了“贝尔不等式”，证明“远距离闹鬼”现象是存在的。

这就好比把一对双胞胎兄弟关在不同的小黑屋里，由两位审讯者在同一时间分别审问他们。兄弟俩只能用“是”或“否”来作出回答，他们各自被问到的问题则是随机选择的——有可能哥哥被问到的问题是“是否爬过长城”，而同一时刻弟弟这边的问题则是“是否关注了果壳网”。持续审问一段时间后，两位审讯者发现，不论问题如何五花八门杂乱无章，兄弟俩各自回答的“是”和“否”都惊人地一致。


图片来源：tumblr

这是不是就能证明，这对双胞胎兄弟之间存在神奇的“心灵感应”呢？可以，但前提是审问过程中不存在纰漏。如果审讯兄弟俩的问题看似随机选择，其实却有某个幕后黑手在其中精心操控，那审讯结果也就无法作数了。

贝尔实验也是如此，虽然此前的诸多实验都明确违背了不等式，但它们或多或少都存在这样或者那样的漏洞。如今，最突出的两个大漏洞在实验上都已经补上，只剩下自由选择漏洞仍待填补——也就是前面反复强调多次的“随机选择”。

当Alice和Bob在选择用什么方式观测粒子时，此前的实验大都使用随机数发生器来作随机选择。然而，再复杂的随机数发生器也是机器，严格按照规则行事的机器产生出来的随机数是真正随机的吗？ 会不会冥冥之中有某种我们无法察觉、粒子却能够提前串通的规律隐藏在其中呢？

好在，我们人类拥有自由意志（至少我们自以为如此），不依靠机器的力量，我们的自由意志应该也有能力作出真正随机的选择。



现在，科学家们需要你，和很多像你一样的人，来帮助他们作出选择——决定他们要怎样观察这些粒子。这样才能真正给它们来个措手不及！



你愿意成为全世界首个此类实验的一部分吗？通过玩游戏的方式，和科学家们合作，成为贝尔实验员吧！

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那么贝尔员需要做什么呢？


首先，你需要随机地选取几个0或者1：


图为游戏界面里，单击三次“1”之后的选择（这是静态图！憋戳！）

贝尔员提供的0和1将会被分配给全球各地的实验室。你的选择将会被传送给Alice和Bob，在那儿帮助科学家决定如何观察这些粒子。



Alice和Bob测量的是实验室产生的一对粒子，其中一个粒子传送给Alice，另一个传送给Bob，然后他们同时研究这两个粒子。

像之前提到的，你们提供的0和1将决定Alice如何测量粒子——



如果你选择“0”，Alice将会通过仪器1观察粒子，仪器1将给出两种可能的结果。


如果你选择“1”，那么Alice将通过仪器2观察粒子，仪器2给出另外两种可能的结果。

总结：


“0”和“1”分别对应两种结果

刚才我们跟踪的是Alice的例子，但Bob的粒子也会有同样的行为。



最终，Alice和Bob将分析他们结果中的相似性。如果结果非常相近，意味着即使被分开了，这两个粒子在面对观测的时候仍然保持一致性。而且它们肯定是始终保持一致，因为它们处在所有贝尔员不可预测的监视之下。



有了你的贡献，我们才能够通过这些分析，回答最初的问题：

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原子会由于我们的观测改变状态吗？

它们之间能够互通消息，互相提醒我们正在观测吗？

​

大贝尔实验将在2016年11月30日，也就是明天进行，作为预热，你可以单击下面的链接，一起随机产生0和1数列，并查看你的得分。

http://thebigbelltest.org/comic/?l=CHI

原子如何被观测所影响，这场论战已经延续了将近一个世纪；最初的论战双方早已离世多时。但他们的问题从未消散——毕竟，它事关我们如何理解最根本的物理事实，事关我们世界的本质。

​

​而现在，它即将迎来规模最大的一场实验验证。

当然，这次全球范围的贝尔实验很可能也无法为这一问题画上决定性的句号。但无论实验结果如何，无论爱因斯坦的理论是对是错，每一个参与的人都在创造历史-而这，只需要你点击按键，帮科学家玩一玩这个小游戏。或许量子物理的这场世界之争，将因为你的付出而找到答案！


注：文中部分对游戏规则的说明,以及未经注明来源的截图，均来自thebigbelltest.org

大熊星座

回复 2# 水生鍬形蟲

我后来也玩了~~~
前面的都很简单一次过，只有最后一个需要连续让系统猜不到你20次的关卡卡住了，后来有别的事就没有硬过，第二次过的时候，成功让它猜错了18次，有点可惜~
不过是说，你仔细看，不管你过没过，你的输入序列，都会被发往各大实验室作为实验数据来使用~
并且游戏还会列出使用数据的实验室名单~
所以，游戏本身只是个诱惑你不断输入0和1码的噱头，最后你破不破关不重要，他们要的只是你的输入序列而已WWWWWWWW

至于说数字有没有用~
主要是因为，大贝尔测试是基于一个基本假设，即人是有自由意识的，这一前提来出发的~
所以，只要是人输入的数字，不管你怎样乱打，都仍然被认为是自由意志而非受控或随机的产物~
因而都是可以用作实验数据的WWWWWWWWWWWWW

大熊星座

回复 4# 羽·凌风

哦，对了！是说昨天照着攻略试了一下，表示还是过不了，哎WWWWWWWW
╮(╯▽╰)╭
研究人员已经收到了起码50份我发送的序列！感觉会被鄙视怎么办？！（？）WWWWWWWWWW

大熊星座 于 2016-12-4 22:53 补充以下内容

回复 5# 水生鍬形蟲

呐，说说我的理解~
是说，这一实验的背景，其实涉及到爱因斯坦和波尔的一场世纪之辩，简单来说，争论的是量子力学所塑造的一种世界观~
核心问题是，世界到底是完全确定的，还是随机的？自由意志存不存在！
而本实验中，假定了人确实是有自由意志这一前提，并在此基础上，试图去探究凉席世界的情况~
所以，只要是玩家输入的序列，大概就都是有效的吧WWWWWWW

大熊星座

回复 7# 羽·凌风

不啊，研究员非常在乎人类的自由意志啊WWWWWWWWWWWW
正是以此为前提，我们才选择用人来生成随机数，而不是用一些算法去做~
因为在复杂的机械算法生成的随机数，都是伪随机，必然是有规律的，只有人，我们先认定了具有自由意志，所以不管你打出的数字怎样，我们都认为具有随机性与不可预测性，因而这个实验的一大基本条件才能得到保证WWWWWWWWWWWW

当然，这个研究本身的目的并不是证明人是否有自由意志，这是个默认前提而已WWWWWWWW
但爱因斯坦与波尔的世纪之辩，却涉及到了“随机”在自然界存不存在，世界是否是被机械决定的？在解决了这一问题后，后续才能谈到人是否可能具有自由意志WWWWWWW
因而，联系到整个大背景，可以说，这个实验与这一话题还是不可分割的WWWWWWWWW
当然这样一说......怎么有点循环论证的感觉了？哎WWWWWWWWW