貝爾證明了量子力學中存在“鬼魅般的超距作用”，他的方法是一個不等式。貝爾設想了一個實驗,，但是直接說實驗有點復雜,，我們把它簡化為一個故事。

這是一個有點燒腦的故事,，但是不需要任何專業(yè)知識,，你只需要一點小學生的算數。

一個故事

故事是這樣的,。你和我,，咱倆做幾個實驗。

假設現在有那么一臺機器,，每隔10秒鐘就同時往兩個相反的方向發(fā)射乒乓球,，一個乒乓球往東，另一個乒乓球往西,。乒乓球的顏色可以是紅色也可以是藍色,，但是具體是紅色還是藍色，每次發(fā)出來都不一定,。假設乒乓球可以平穩(wěn)但是高速地飛行很遠。

我在東邊,，你在西邊,，各自接收飛過來的乒乓球，咱倆的任務就是觀察和記錄自己收到的乒乓球的顏色,。咱倆的距離很遠,，互相并不直接通信。每隔10秒鐘,，我們就記下一個乒乓球的顏色,。

我們想知道這臺機器發(fā)射乒乓球的規(guī)律。為此,，我們要做三個實驗,。

實驗一

第一個實驗非常簡單，我們約定一個比較長的時間段,，在這個時間段里各自按順序做一份收到的乒乓球顏色的記錄,，然后把兩份記錄進行比較。

比如我收到的記錄是“紅色-紅色-藍色-紅色-藍色-藍色……”,，我和你比較之后發(fā)現,，你的記錄也是“紅色-紅色-藍色-紅色-藍色-藍色……”，和我的記錄完全相同,。

由此我們得出一個結論：這臺機器每次向兩個方向發(fā)射的乒乓球顏色都是相同的,。你看，簡單吧?這似乎就是一臺忠厚老實的機器，雖然每次發(fā)射球的顏色可以變化,，但是同時發(fā)出的兩個球的顏色總是一樣的,，兢兢業(yè)業(yè)童叟無欺。

好,。

實驗二

現在我戴了一個墨鏡再觀察我接收到的乒乓球,，而你還是和以前一樣不戴墨鏡觀測。

觀測一段時間再比較咱倆的顏色記錄,，就發(fā)現咱倆的記錄在大部分時間內還是相同的,，可是有1%的記錄中，我們接收到的球顏色不同,。

那是不是我粗心大意記錯了呢?那咱們把這個實驗再做一遍,，這回換你戴墨鏡，我不戴,。結果發(fā)現,，還是有1%的顏色記錄對不上。

那么我們得出結論,，肯定是這個墨鏡有毛病,。墨鏡，有正好是1%的機會,，會“看錯”乒乓球的顏色,。

注意，墨鏡這個出錯率是固定的,。你做一萬次實驗,，它出錯100次。你做十萬次實驗,，它出錯1000次——什么時候出錯可能不一定,，但是長期看來它的輸出很穩(wěn)定，總是1%,。墨鏡,，也是不會“提高自我”的一臺機器而已。

沒問題,。

實驗三

在第三個實驗中,，咱倆都戴著墨鏡觀測。

在說實驗結果之前,，我想先問你一道小學數學題——請問如果咱倆都戴著一個出錯率是1%的墨鏡,，那么咱倆的觀測記錄中，*最多*會有百分之幾的顏色是對不上的?

看到這里,，你可以思考兩分鐘,。

歡迎回來。小學生數學題的答案，當然是2%,。

我的墨鏡犯1%的錯誤,，你的墨鏡犯1%的錯誤，如果咱倆不同時犯錯,，那總的錯誤數就正好是2%,；如果咱倆在某些時候正好都錯了，那負負得正,，咱倆那一次的結果還是一樣,，總的錯誤就會少于2%?？偠灾?，兩個人都戴墨鏡，兩個人顏色記錄的差異應該是*最多*2%,。

但實驗結果不是2%,，而是4%!

唯一可能的解釋

我第一次聽說這個實驗的時候，做夢都在想?，F在我再幫你捋一遍——發(fā)球的機器只是一臺機器,，它每次發(fā)兩個顏色一樣的乒乓球；墨鏡也只是一臺機器,，它有個1%的固定出錯率,。那怎么兩個墨鏡都戴上，出錯率就變成4%了呢?到底是哪里出的問題?

一種可能性,，是發(fā)球機器有問題,。也許這個機器“意識到了”咱倆都戴著墨鏡,，它就故意給我們發(fā)射顏色不同的乒乓球,。這個想法非常奇怪，但是可以驗證——我們可以等到機器發(fā)出乒乓球之后再戴上墨鏡——實驗結果是出錯率依然是4%,?？磥戆l(fā)球機器沒問題，它只是,，一臺機器,。墨鏡只是個簡單的測量儀器，我們已經各自單獨戴墨鏡驗證過,，非常穩(wěn)定沒有問題,。

那就只剩下一種可能——福爾摩斯說過，排除其他所有可能性,，最后剩下的這個可能,，哪怕再怪，也是唯一的可能。

這個唯一的可能性就是,，乒乓球剛剛離開發(fā)球機的時候,，是沒有固定顏色的。是我們看到乒乓球的一瞬間,，它才有了一個顏色,。

之所以出錯率不是2%而是4%，是因為在被我們看到之前的那一瞬間,，兩個乒乓球之間有過一次“協調”,。

我這邊的乒乓球對你那邊的乒乓球說：“用戶12672387戴墨鏡了!用戶12672388戴墨鏡了沒有?......戴了是吧，那咱倆這次不能按以前的規(guī)則著色了,，得按4%的規(guī)則著色!”

這個詭異的,、超遠距離的協調，就是愛因斯坦說的那個“鬼魅般的超距作用”,。

愛因斯坦的噩夢

所謂乒乓球,，在真實的物理實驗里可以是電子、光子或者別的什么粒子,。拿電子來說,，所謂乒乓球的顏色，其實就是電子的自旋,。物理學家很容易在實驗室里制備這樣的電子對,，并且讓它們的“總自旋”是0，那么根據角動量守恒,，一個自旋是正的,，另一個自旋就必須是負的。這就等于說每次發(fā)出的兩個乒乓球顏色必須是不一樣的——我們前文說必須一樣,，是為了行文方便,，道理還是這個道理。

所謂戴墨鏡讓觀測發(fā)生1%的出錯率,，在真實實驗里,，其實是如果你測量兩個電子自旋的時候不在同一個空間角度，那么測量結果就不是正好相關的,。這個原理可以用下面這張圖說明,，但都是技術細節(jié)，不了解也沒關系——

這個實驗證明了兩點——

1.粒子的某個“屬性”,，比如電子的自旋,，的確是在被觀測的那一剎那才確定的；

2.兩個粒子之間存在一個超遠距離的瞬間協調,。

貝爾在1964年提出了實驗的理論設想,，其中關鍵的結論就是兩端測量結果的符合度要滿足像“4%>1%+1%”這樣的一個不等式,。滿足了，量子力學就是對的,；不滿足,，愛因斯坦就是對的。

1972年,，美國物理學家約翰·克勞澤用光子做成了這個實驗,，證明貝爾不等式成立。但是這個結論實在太怪異了,，所以有人提出了兩個不同于量子力學,、但是同樣很怪異的可能性：有沒有可能兩個光子之間的確有協調，但是那個協調速度并沒有超光速呢?有沒有可能光子之間其實還是沒協調,，但是光子的發(fā)射裝置不知道為什么突然“活了”：它注意到了兩邊測量儀器的調整,，所以選擇發(fā)出了不一樣的光子呢?

1982年，法國物理學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect) 堵上了這兩個漏洞,。他的實驗裝置距離足夠遠,，他的時間測量精度足夠小，以至于他能夠證明,，兩個光子之間的協調速度,，至少要大于光速的兩倍才行!這是絕對的超距作用!同時阿斯佩還發(fā)明了讓兩端的探測器快速地、隨機地改變角度的方法常以至于有很多時候探測器是在光子已經發(fā)出之后才做出調整——這就相當于是咱倆等到乒乓球已經離開了中間的發(fā)射裝置,，才臨時決定戴不戴墨鏡——結果仍然有同樣的協調,。這就證明了協調只可能是兩個光子之間的，而不是中間那個發(fā)射裝置在鬧什么鬼,。

后來還有更多的實驗用更嚴格的方法證明了貝爾不等式,。“鬼魅般的超距作用”，是真的,。

那我們怎么理解這件事呢?首先我必須說明,，“鬼魅般的超距作用”雖然是真的，但是這并不違反愛因斯坦的相對論：因為你不能用這個方法傳遞信息!這是因為我沒有辦法“控制”我觀測到的電子自旋,。當我觀測到一個電子是正自旋的時候,，我知道你觀測到的電子一定是負自旋,，但是僅此而已——我的觀測結果是隨機的,，我不能想讓它是正的它就是正的，我沒法給信息編碼去跟你說一句話,。

但是兩個粒子之間的確存在這么一個超遠距離的瞬時協調,。玻爾一派對此的解釋是那兩個粒子不管距離多遠，它們都是一個整體,，只能用同一個波函數描寫,。你的測量是在跟這個整體打交道,，所以不算超距作用。但是這番解釋聽起來很像是詭辯的話術：難道作為整體的兩個粒子就不是一南一北的兩個粒子了嗎?所以薛定諤略帶嘲諷地說,，那兩個粒子是“糾纏”在了一起,。

后世的人們就把這個鬼魅般的相互作用叫做“量子糾纏”。

量子糾纏說明波函數是一種超越空間的存在,。波函數似乎有一種神奇的感知能力,，能隨時知道空間各處的事情。這使得有些哲學家懷疑整個宇宙是一個整體,，冥冥之中一切事物互相之間都一直是有聯系的,，你采取任何一個行動都會立即影響到其他所有的事物。另一個思路,，則是懷疑世界到底是不是一個客觀真實的存在,。

我們再看看波函數的幾個“鬼魅般”的性質。