西班牙拉帕爾馬島的羅克德洛斯·穆查喬斯山頂上的一個實驗室，這是許多探索量子力學(xué)的人中最新、也是最雄心勃勃的一個。量子力學(xué)是一種難以理解的理論，描述了自然界最基本的工作原理。

通過6臺望遠(yuǎn)鏡、大量精密光學(xué)設(shè)備和數(shù)十億年前星系發(fā)出的光，米尼克·勞奇（Dominik Rauch）試圖驗證愛因斯坦倡導(dǎo)的一個論斷：量子力學(xué)的奇怪之處只是掩蓋了一些更深、更隱蔽的現(xiàn)實。

當(dāng)量子力學(xué)在近一個世紀(jì)前被提出時，它推翻了關(guān)于世界運(yùn)作的兩個特別寶貴的假設(shè)。首先是實在論。經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為世界是獨立于觀察者而存在的，而量子理論則不同，它強(qiáng)烈地暗示了現(xiàn)實不存在，或者至少在被觀察之前是無法有意義地描述的。

第二個問題是“非局域性”。這源于糾纏現(xiàn)象--愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距離作用”，在這種現(xiàn)象中，時空中某一區(qū)域的事件似乎可以瞬間影響到其他地方的事件，甚至是光年之外。這與愛因斯坦的相對論相悖，在相對論中，任何影響的傳播速度都不能超過光速。

對愛因斯坦來說，量子力學(xué)的反現(xiàn)實主義和非局域性意味著理論是不完整的。一定有一些隱藏的物理學(xué)能給出更好的解釋。

甚至在1955年愛因斯坦去世后，這些爭論仍在繼續(xù)。1964年，北愛爾蘭理論家約翰·貝爾(John Bell)終于給實驗學(xué)家們提供了一種方法，讓愛因斯坦的局域?qū)嵲谡撆c量子力學(xué)對立起來，看看哪種方法能更好地解釋問題。首先，你會產(chǎn)生成對的量子粒子，比如光子，從量子力學(xué)的觀點來看，它們是糾纏在一起的。然后，你將每個光子與它在太空中的同伴分離開來，并獨立地測量每個光子的特定量子特性。

大多數(shù)這樣的測試著眼于偏振，在兩個方向中的一個方向測量。在經(jīng)典物理學(xué)中，除了隨機(jī)得到的結(jié)果之外，你會認(rèn)為，對一對光子的測量結(jié)果之間不會有任何相關(guān)的聯(lián)系。在貝爾的測試中，任何既保留現(xiàn)實又保持局域性的理論都只允許一定的最大相關(guān)量。與此同時，量子力學(xué)是非局域的，可以使相關(guān)量超過這個限制。

在20世紀(jì)70年代，實驗終于完成了，答案似乎很清楚。貝爾的限制被打破了。

但是這些早期的實驗仍然不能完全排除局域現(xiàn)實理論在幕后操縱的可能性。例如，如果運(yùn)行實驗的兩個人A和B，如果他們的距離不夠遠(yuǎn)，那么以光速傳播的隱藏影響可能會導(dǎo)致A的測量影響B(tài)的測量，反之亦然。

除了這個“局域性漏洞”，還有一個公平的采樣漏洞：如果A和B使用的探測器效率低下，而且只探測到光子的一小部分，那么他們樣本中的某些東西可能會使結(jié)果偏向于不存在的相關(guān)性。還有一個自由選擇的漏洞：貝爾測試的一個無懈可擊的實現(xiàn)要求A和B可以完全自由地選擇他們各自獨立的測量設(shè)置。

到2015年，一系列的實驗聲稱填補(bǔ)了這些漏洞，通過在空間中分離A和B，使用高效率的探測器，并使用獨立的、超快的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，A和B用這些發(fā)生器來確定實驗設(shè)置。結(jié)果仍然是一樣的。

但在2011年，堪培拉澳大利亞國立大學(xué)的邁克爾·霍爾(Michael Hall)已經(jīng)提出，使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可能不足以彌補(bǔ)選擇自由的漏洞。如果隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器和光子源在過去的任何時候都通過隱藏機(jī)制相互作用，這可能會影響測量設(shè)置的選擇，甚至可能影響光子的性質(zhì)，從而產(chǎn)生觀察到的相關(guān)性。霍爾的工作最終迫使實驗者重新思考。他說：“我想對人們說，別再說量子力學(xué)實際上是非局域的了。”

但是你怎么能在實驗中排除這種可能性呢？西班牙巴塞羅那光子科學(xué)研究所的摩根·米切爾（Morgan Mitchell）說：“當(dāng)時有一種感覺，認(rèn)為自由選擇的漏洞是無法彌補(bǔ)的?！?/span>

米切爾和他的同事們想出了一個創(chuàng)新的答案：他們把探測器設(shè)置的選擇外包給了玩電子游戲的人。在“大貝爾測試（Big Bell Test）”中，每個游戲玩家都需要快速生成0和1的序列，而機(jī)器學(xué)習(xí)算法則試圖預(yù)測他們下一步會做什么。他們的序列越不可預(yù)測，游戲玩家的得分就越高。2016年11月30日，大約100,000名玩家生成了近1億個隨機(jī)數(shù)字，這些數(shù)字通過管道傳輸?shù)轿宕笾薜?3個實驗，進(jìn)行不同版本的貝爾測試。

正如今年早些時候“大貝爾”測試團(tuán)隊所揭示的那樣，所有的實驗，加上12小時以上的隨機(jī)數(shù)字，都打破了貝爾的限制。米切爾說：“如果我們假設(shè)人類擁有自由意志，那么我們就已經(jīng)關(guān)閉了自由選擇的漏洞。”

然而，這是一種讓哲學(xué)家無法入睡的假設(shè)。有一種方法可以避免它。時空中的每一個事件，如A和B所做的測量，都有一個“過去光錐”：一個以光速或更慢的速度移動的隱藏的影響可以通過移動來影響它的時空體積。因此，你需要做的是確保用來選擇測量設(shè)置的隨機(jī)事件是來自盡可能遙遠(yuǎn)的過去，排除了這些雜亂無章的東西。

安德魯·弗里德曼(Andrew Friedman)、賈森·加利奇奧(Jason Gallicchio)和戴維·凱澤(David Kaiser)腦力激蕩的地方。凱澤說：“我們試圖將隨機(jī)數(shù)發(fā)生器外包給宇宙本身，讓宇宙為我們工作?！?/span>

這個想法很簡單，但很激進(jìn)。A和B可以使用望遠(yuǎn)鏡從遙遠(yuǎn)的天文物體接收光子，并利用每個光子的顏色來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位的測量設(shè)置。

例如，比某些閾值波長更紅的光子可以在一個方向觸發(fā)偏振測量，而更藍(lán)的光子可以在另一個方向觸發(fā)測量。通過使用宇宙學(xué)光子來確定測量設(shè)置，并證明貝爾界限仍然被打破，你可以證明，在光向地球傳播的所有時間里，沒有任何隱藏的影響可能會影響探測器的設(shè)置。

為了做到這一點，凱澤和他的同事們與來自奧地利維也納的量子光學(xué)和量子信息研究所的安東·澤林格(AntonZeilinger)合作。他們的第一次實驗把糾纏光子的來源放在波茲曼加斯市的研究所的屋頂上。像之前的所有其他實驗一樣，這個實驗打破了貝爾的界限，表明任何隱藏的影響都不可能在現(xiàn)在起作用，或者在過去600年左右的時間里，也就是星光到達(dá)地球的時間里。

位于拉帕爾馬的威廉赫謝爾望遠(yuǎn)鏡是迄今為止量子現(xiàn)實最雄心勃勃的測試的一部分

但凱澤和他的同事最初提出的建議更有雄心。它設(shè)想使用來自數(shù)十億光年外非常明亮的星系源，即類星體的光線。類星體是離我們最遠(yuǎn)的天體，仍然可以用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡看到。他們需要一個更大的望遠(yuǎn)鏡。

就像在維也納一樣，實驗需要三個地點，A和B都用望遠(yuǎn)鏡連接起來，中間是糾纏光子的來源，三個人之間有一條清晰的視線。位于拉帕爾馬(La Palma)的羅克-德洛斯·穆查喬斯(Roque De Los Muchachos)是一座布滿望遠(yuǎn)鏡的山，有著完美的配置。

1月中旬的一個晚上，兩個望遠(yuǎn)鏡鎖定在對面天空中的類星體中，觸發(fā)了A和B的測量設(shè)置。其中一個是78億年前發(fā)出的光，另一個是122億年前發(fā)出的光。研究人員能夠收集和分析近18000對光子的數(shù)據(jù)。貝爾的界限又一次被打破了，而且非常嚴(yán)重。

由于類星體的光源在天空中的方向不同，它們過去光錐在過去僅重疊131.5億光年。凱澤說，這就排除了任何地方的局域現(xiàn)實機(jī)制。

凱澤說，盡管實驗封閉了局域性漏洞，并將選擇自由的漏洞推向了極端。凱澤說：“我們甚至沒有試圖封閉公平抽樣漏洞”。需要通過空氣將光子從源傳送到A和B，這意味著丟失了太多的光子，無法確保探測效率。

與此同時，中國科技大學(xué)的潘建偉帶領(lǐng)的中國參賽隊伍，試圖封閉所有三個漏洞。利用光纖將光子從源端傳輸?shù)紸和B，將光子損失降到最低，這兩處都位于上海市郊。為了產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，研究小組使用了離我們11光年遠(yuǎn)的恒星發(fā)出的光，但潘建偉說：“我們的實驗最終排除了實驗前11年發(fā)生的局域性隱藏變量模型?！?/span>

兩個團(tuán)隊現(xiàn)在都在考慮如何進(jìn)一步推進(jìn)，例如利用宇宙微波背景的光子，宇宙大爆炸遺留下來的輻射。這將是一個美妙的技術(shù)挑戰(zhàn)，一個非常漂亮，非常艱難的實驗。

不過，拋開這些瑣事不談，結(jié)論似乎已經(jīng)很清楚了。對大多數(shù)物理學(xué)家來說，這并不令人驚訝，但我們不妨看看：愛因斯坦的局域現(xiàn)實宇宙，如果存在的話，已經(jīng)被推到宇宙的一個很小的角落里去了。在其他地方，似乎很少有人懷疑量子力學(xué)或基于它的東西是對自然的正確描述。