本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第13篇

这一节我们主要谈谈玻爱之争（爱因斯坦和玻尔之间为“上帝不掷骰子”而发起的斗争）

早在1927年的第五届索尔维会议时期，爱因斯坦就和玻尔通过思想实验的方式点燃了浓浓的火药，然而这一段佳话却是后世人永生难忘的瞬间。因为这一时刻集聚了历史上最有智慧的头脑聚会。这一块内容后面详细谈。

可惜他们争论的话题，至他们离世都没有解决。直到几十年后贝尔的登场，才平息了“战争”。

这里的贝尔并非开启了当年电话时代，建立信息研究中心——贝尔实验室的亚历山大*格雷厄姆*贝尔，而是1928年出生于爱尔兰的约翰·贝尔（John Stewart Bell）。

他就职于欧洲核子研究中心（CERN）多年，从事加速器设计工程有关的工作。但他对量子理论颇感兴趣，业余时间经常思考与之相关的问题。

我在万维钢精英日课里了解到，这个人很内向，因为当时的学术风气问题，他甚至不敢向公众表述他在研究量子力学。

不过人类的伟大总是会在恰当的时间被点燃，贝尔就是这样。

从玻尔和爱因斯坦的争执中我们看到，双方的关键问题是：爱因斯坦一方坚持的是一般人都有的直觉印象，认为量子纠缠的随机性是表面现象，背后可能藏有“隐变量”。

玻尔一方则执着于微观世界的观测结果，由于这些结果并不支持隐变量理论，所以坚持认为微观规律的本质是随机的。

所以爱因斯坦一直坚信，上帝不掷骰子。

起初，贝尔基本也支持爱因斯坦一派的观点，他想，也许玻尔等人忽略了某些隐变量存在的可能性。

那么，能否用实验来证明爱因斯坦的隐变量观点是正确的呢？但是研究量子纠缠背后隐变量比登天还难。

研究微观世界中的那些粒子，可不像研究宏观的生物体那么直观，毕竟生物体还有大量的组织、结构和相关的化学分子，可以从它们身上着手研究。

但像电子、中子、质子这样的微观粒子，看似简单实则复杂，令人捉摸不透，更别提那些抓不住、摸不着、转瞬即逝的光子了。这些微观粒子没有“结构”可言，隐变量能藏在哪里呢？

尽管我们不能明确地指出隐变量是什么，但贝尔想到，我们至少可以研究一下这个问题：如果存在隐变量，它们将会如何影响A和B分别测量一对纠缠粒子的结果。

解释量子力学理论时，我们经常将微观粒子描述成一个一个的，但一般而言，在实际测量中，我们会通过对多个粒子的多次测量来确定一个量子力学系统的特性，特定事件发生的概率大，在多次测量中它出现的次数就会更多。

贝尔沿着这条概率统计的思路继续思考。比如，假设隐变量存在，我们虽然不知道它是什么，但是既然隐变量能影响粒子的行为，那么它就应该与粒子的某个可观测量（比如电子的自旋）有一定的关系，如果多次测量这个可观测量并取统计平均值，这样的关系就能显现出来。

这里我们不谈论学术方程，太过复杂，请允许我借鉴万维钢老师的思想实验来给大家讲解，请看以下（以下内容来自《万维钢精英日课》）

1.一个故事

故事是这样的。你和我，咱俩做几个实验。

假设现在有那么一台机器，每隔 10 秒钟就同时往两个相反的方向发射乒乓球，一个乒乓球往东，另一个乒乓球往西。

乒乓球的颜色可以是红色也可以是蓝色，但是具体是红色还是蓝色，每次发出来都不一定。假设乒乓球可以平稳但是高速地飞行很远。

我在东边，你在西边，各自接收飞过来的乒乓球，咱俩的任务就是观察和记录自己收到的乒乓球的颜色。咱俩的距离很远，互相并不直接通信。每隔 10 秒钟，我们就记下一个乒乓球的颜色。

我们想知道这台机器发射乒乓球的规律。为此，我们要做三个实验。

实验一

第一个实验非常简单，我们约定一个比较长的时间段，在这个时间段里各自按顺序做一份收到的乒乓球颜色的记录，然后把两份记录进行比较。

比如我收到的记录是“红色-红色-蓝色-红色-蓝色-蓝色……”，我和你比较之后发现，你的记录也是“红色-红色-蓝色-红色-蓝色-蓝色……”，和我的记录完全相同。

由此我们得出一个结论：这台机器每次向两个方向发射的乒乓球颜色都是相同的。

你看，简单吧？这似乎就是一台忠厚老实的机器，虽然每次发射球的颜色可以变化，但是同时发出的两个球的颜色总是一样的，兢兢业业童叟无欺。

好。

实验二

现在我戴了一个墨镜再观察我接收到的乒乓球，而你还是和以前一样不戴墨镜观测。

观测一段时间再比较咱俩的颜色记录，就发现咱俩的记录在大部分时间内还是相同的，可是有 1% 的记录中，我们接收到的球颜色不同。

那是不是我粗心大意记错了呢？那咱们把这个实验再做一遍，这回换你戴墨镜，我不戴。结果发现，还是有 1% 的颜色记录对不上。

那么我们得出结论，肯定是这个墨镜有毛病。墨镜，有正好是 1% 的机会，会“看错”乒乓球的颜色。

注意，墨镜这个出错率是固定的。你做一万次实验，它出错 100 次。你做十万次实验，它出错1000次 —— 什么时候出错可能不一定，但是长期看来它的输出很稳定，总是 1%。墨镜，也是不会“提高自我”的一台机器而已。

没问题。

实验三

在第三个实验中，咱俩都戴着墨镜观测。

在说实验结果之前，我想先问你一道小学数学题 —— 请问如果咱俩都戴着一个出错率是1%的墨镜，那么咱俩的观测记录中，*最多*会有百分之几的颜色是对不上的？

小学生数学题的答案，当然是 2%。

我的墨镜犯 1% 的错误，你的墨镜犯 1% 的错误，如果咱俩不同时犯错，那总的错误数就正好是 2%；如果咱俩在某些时候正好都错了，那负负得正，咱俩那一次的结果还是一样，总的错误就会少于 2%。总而言之，两个人都戴墨镜，两个人颜色记录的差异应该是*最多* 2%。

但实验结果不是2%，而是4%！

这个唯一的可能性就是，乒乓球刚刚离开发球机的时候，是没有固定颜色的。是我们看到乒乓球的一瞬间，它才有了一个颜色。

之所以出错率不是 2% 而是 4%，是因为在被我们看到之前的那一瞬间，两个乒乓球之间有过一次“协调”。

所谓乒乓球，在真实的物理实验里可以是电子、光子或者别的什么粒子。拿电子来说，所谓乒乓球的颜色，其实就是电子的自旋。

物理学家很容易在实验室里制备这样的电子对，并且让它们的“总自旋”是0，那么根据角动量守恒，一个自旋是正的，另一个自旋就必须是负的。这就等于说每次发出的两个乒乓球颜色必须是不一样的 —— 我们前文说必须一样，是为了行文方便，道理还是这个道理。

在1972年，克劳泽及其合作者弗里德曼，成为贝尔不等式实验验证的第一人。

也就是说“鬼魅般的超距作用”，是真的。上帝允许这个世界有随机性。

所以，今天的物理学家只好幽默而遗憾地说一句：“抱歉了，爱因斯坦！”