帮倒忙的贝尔

惠勒不仅构想了“延迟选择实验”，而且是第一个提出验证光子纠缠态的实验的人。他在1948年提出，正电子和正电子对湮灭产生的一对光子应该有两个不同的偏振方向。一年后，吴健雄和萨科诺夫成功完成了实验，证实了惠勒的预测，并产生了历史上第一对纠缠光子。

物理理论必须通过实验来验证，这就是为什么像玻尔、爱因斯坦和惠勒这样的大理论物理学家非常热衷于提出一个又一个思想实验的原因。近年来，量子纠缠态取得了很大进展，这也是基于实验的不断突破。这一突破始于英国物理学家约翰？斯图尔特。贝尔，他用他著名的“贝尔不等式”把爱因斯坦的EPR佯谬中的思想实验推向了真实可行的物理实验。

贝尔于1928年出生在北爱尔兰的一个工人家里，那是布尔人和爱因斯坦·索尔维之间第一次战争的两年后。也许这是上帝派来的使者，为了打破未来“爱伦坡世纪之争”的僵局。小时候，贝尔有红色的头发和雀斑。他诚实、聪明、勤奋。当他长大后，他爱上了理论物理。他严谨、体贴、坚韧、不屈不挠、勇敢。在我们弄清困难的问题之前，我们不会罢休。

然而，量子理论的理论研究只是贝尔的爱好。他已经在欧洲高能物理中心(CERN)工作了许多年，从事与加速器设计工程相关的工作，这与理论物理，尤其是量子理论的理论基础相去甚远。贝尔只能利用业余时间学习理论物理。正是这项业余研究使贝尔在物理学史上保持了自己的名声。

我们回到了爱的浪潮的顶峰:生产者延伸责任悖论。当时，玻尔写了一篇文章来反驳爱因斯坦和其他人的怀疑。世纪之争似乎已经平息。哥本哈根解释成为量子理论的正统解释。此外，由于这个问题存在于两个巨人的不同哲学中，许多人对此不感兴趣。大多数科学家很少关注他们的争论。量子理论的成功是显而易见的。每个人都乐于分享科技革命的成果。每天早上太阳从东方升起。没有人能看到波函数是如何崩溃的。谁在乎在他们被抓之前，微观世界的孙悟空是不是“真实的”？玻尔有他的理由，只要孙悟空被抓住，它就在那里！

当然，总有一些理论物理学家的头脑无法停止思考这些问题:如何解释量子理论中奇怪的相干性和纠缠？顺便说一句，我们可以总结一下我们在前面几节中所学到的:相干涉及光和粒子的波粒二象性，最简单的例子是双缝干涉实验；纠缠是在电子顺磁共振论文中提出的，涉及多个粒子的纠缠态。这是理解量子理论怪异之处的两个层面。

事实上，为什么双方的争端不能一次又一次地解决呢？关键问题是:爱因斯坦一方坚持普通人共有的经典常识，而玻尔一方坚持微观世界的观察结果。所以，既然爱因斯坦不同意玻尔的概率解释，有些人总想找到另一种解释，这种解释不仅能照顾到爱因斯坦的“经典情结”，而且能导致量子理论的结论。其中，有“多世界解释”和“隐变量解释”得到更多的支持。

薛定谔的猫可以再次用来简要描述“多世界解释”:持这种观点的人认为两只猫都是真实的。有一只活的猫和一只死的猫，但是它们在不同的世界里。当我们看着盒子，整个世界立刻分裂成两个版本。这两个版本在所有其他方面都是相同的。唯一不同的是，在一个版本中，原子衰变，猫死亡。在另一个版本中，原子没有衰变，猫仍然活着。

惠勒、霍金、费曼、温伯格等人都在一定程度上支持“多世界解释”。事实上，目前，“多元世界解释”已经取代了“哥本哈根解释”，成为量子理论解释的主流。然而，爱因斯坦一开始并不喜欢它，他曾经打趣道:“我不能相信宇宙因为我看到了一只老鼠就发生了巨大的变化！”的确，量子力学只涉及微观粒子的问题，不一定影响整个宇宙。恐怕这比哥本哈根的解释更奇怪。因此，我们也回避在这里讨论它。

贝尔热衷于“隐藏变量”的问题。

在“为爱和爱的斗争”的前一部分，我们用人们扔硬币的例子来解释“上帝掷骰子”和“男人掷骰子”的区别。事实上，抛出的硬币完全遵循某些机械定律。它们显示出随机性的原因是我们不知道硬币飞出我们手中的细节。换句话说，我们已经放弃了一些“隐藏变量”:速度、角速度、方向、加速度等。当硬币飞出时。如果我们忽略外部世界的影响，把所有这些隐藏的变量都考虑进去，我们可以说，上层硬币的状态是在它离开你手掌的那一刻决定的。

现在贝尔认为，爱因斯坦的EPR悖论也是因为我们忽略了一些隐藏的变量吗？贝尔更相信爱因斯坦的观点:既然两个纠缠在一起的孙悟空不可能在被抓的时候瞬间传递信息，也不可能超越距离，那么他们被抓的时候应该是从石头缝里跳出来分开的时候。这类似于我们扔硬币的情况。不像玻尔认为的那样，当他后来被抓的时候，他随机选择并暂时崩溃了！

贝尔应该用实际行动支持伟大的爱因斯坦，研究隐藏在其中的变量！

然而，他从一开始就遇到了一位大师:早在1932年，冯·诺依曼在他的《量子力学的数学基础》一书中，就为量子力学提供了严格的数学基础，顺便证明了隐变量理论的不可行性。他从数学上证明了在量子力学领域没有隐藏的变量。

冯·诺依曼是一个怎样的人物！天才神童，电脑之父。数学大师说了他说过的话，在20年内，量子理论中的隐变量理论被忽略了。幸运的是，当丹伯特在20世纪60年代遇到这道高墙时，已经有人为他开路了:美国物理学家大卫？大卫·博姆在20世纪50年代的工作为冯·诺依曼证明隐藏变量的不可能性提供了一个实际反例。此外，博姆还将原始电子顺磁共振论文中非常复杂的测量位置和动量的实验简化为测量“电子自旋”的实验。

虽然顽强的贝尔是一个“业余”理论物理学家，但他有“敢摸老虎屁股”的精神。在仔细研究了冯·诺依曼关于“隐藏变量不可能的证明”的工作之后，他发现数学和物理之间的交集有一个小瑕疵。

冯·诺依曼在他的证明中使用了一个假设:“两个可观测量之和的平均值等于每个可观测量之和”。然而，贝尔指出，如果这两个观测值是共轭变量，也就是说，如果它们满足量子力学中的测不准原理，这个结论是不正确的。

这里可以插入一段有趣的历史。贝尔在1965年才指出冯？纽曼的错误。事实上，早在1935年，就有一位鲜为人知的德国数学家格雷特？赫尔曼(Grete Hermann，1901-1984)指出了天才数学大师的这个错误。格雷特。赫尔曼是“代数女王”和著名数学家艾米？艾米·诺特大学的第一个学生。她早年对量子力学的数学哲学基础做出了重要贡献。1935年，格雷特尔提出了一篇反对冯？纽曼拒绝“隐藏变量不可能性的证明”。不幸的是，这篇文章被忽略了很长一段时间。直到1964年贝尔再次提出这一点，又过了10年。1974年，在这篇文章发表近40年后，另一位数学家马克斯·贾默发现了格雷特的原文，以证明这位不知名的数学家是正确的。这显示了名人有多强大。

二战开始后，格雷特？赫尔曼积极参加各种反纳粹组织的活动。在接下来的几十年里，她不再涉足数学和物理，而是将自己对生活的兴趣转向政治，这是另一回事。

贝尔的道路畅通无阻，他开始构想他的理论来支持他的偶像爱因斯坦，试图将量子物理学的形象移回到经典理论的构建上来！然而，他万万没有想到他最终帮助了爱因斯坦，这反过来证明了量子力学的正确性！首先，在下一节中，我们用一个简单的数学来简要解释贝尔是如何得到他著名的不等式的。