他们中间有很多我们熟悉的名字：爱因斯坦（前排中），居里夫人（前排左3），普朗克（前排左 2），郎之万(前排右4），薛定谔（后排右6），波尔（中排右1），海森堡（后排右3），等等。在 这29人中，竟有超过一半的人（17人）是诺贝尔奖得主！
在以后的岁月中，两大阵营谁也说服不了谁。然而，基于量子力学的很多科学技术发明，如激光、晶体管、核磁共振、计算机、原子钟等却层出不穷，而且大多数物理学家都是倾向于相信量子力学的。
20世纪60年代初，爱尔兰物理学家贝尔（JohnS.Bell）感到EPR所提出的质疑其实并没有为学界所解答。于是，他白天在实验室里研究基本粒子、加速器课题，晚上回到家中，作为业余爱好，投入到这个理论物理的研究当中。1964年，贝尔在一个今天已不存在的、没有什么名气的小刊物（Physics）上发表了一篇讨论EPR的论文《论EPR佯谬》（OnTheEinsteinPodolskyRosenParadox）的文章，并在论文中第一次提出了著名的贝尔不等式，又可以称作贝尔定律。我曾经拜读了贝尔的这篇论文及相关的几篇文章，觉得论文很不好懂，特别是不好用大家都能懂的语言把它表述出来。但我理解他的主旨是要设计一个实验：如果违反了贝尔不等式，那么无视时空的量子纠缠就存在，波尔是对的；反之，如果实验证明贝尔不等式成立，那么EPR所假设的隐藏的区域性变量就存在，爱因斯坦就是对的。正因如此，贝尔定理在量子力学的发展史上意义非常重大。麻省理工学院物理系教授DavidKaiser说：如果我们回过头来看，这篇文章应该是物理学发展史上最重要的一篇文章。2022年诺贝尔奖颁奖时，很多人为贝尔鸣不平，认为他应该获奖（诺贝尔奖只能颁授给在世的人，而贝尔1990年就去世了）。然而，在他的这篇里程碑式的文章问世之时，并没有引起多大反响。直到20世纪60年代晚期，2022年诺贝尔物理学奖获奖者之一、当时还在美国哥伦比亚大学攻读博士学位的JohnF.Clauser偶然在学校图书馆发现了贝尔的这篇论文，觉得它简直太好了！贝尔的论文改变了Clauser职业生涯的轨道，而且最终引领他获得了诺贝尔奖！Clauser曾写信向贝尔询问：有没有人真正去做过这个实验呢？贝尔很快给Clauser回信：没有，迄今没有任何人做过这个实验！他鼓励Clauser：如果你完成了这个实验，特别是如果实验结果证明爱因斯坦是对的，“那将使整个世界震撼！”然而，Clauser被他的导师泼了冷水：不要追逐这个吃力不讨好的哲学命题，而应该把当今主流物理课题作为自己博士论文的选题。贝尔后来回忆，Clauser是头一个对他的实验想法感兴趣的实验物理学家。20世纪70年代初，在伯克利做博士后的Clauser终于得到机会，与一位博士研究生（StuartFreedman）一起，共同设计、组装包括作为光源的二极管激光仪在内的用于贝尔实验的设备。1972年，他们进行了世界上第一次贝尔实验。这个实验是使用一束激光照射在一个碳原子上，从而产生向相反方向移动的两个光子，这两个光子各自经过一个随机变换偏光过滤器，到达各自的测量记录仪。然后，检测这两个相距10英尺（大约3.048米）的光子的属性是否相关联。在他们进行了10万次实验后，统计结果超过了贝尔不等式的阈值，从而显示在现实世界这种无视时空的量子纠缠确实存在。波尔是正确的。
Clauser与Freedman的论文发表以后，一些科学家认为他们的实验中存在着漏洞。比如，实验的光子要通过偏光过滤器才能被测量，而这两个过滤器是由随机数产生器所控制的。有计算机科学背景的读者都知道所谓随机数产生器不一定完全随机，这就有可能使控制两个测量记录仪的可靠性受到怀疑。我猜想，这也就是为什么Clauser们进行了10万次实验的原因，因为统计数据到达一定的规模就可以增加测量的可靠性。当然，疑点仍然在那里。Clauser实验最大的一个可能漏洞是，他们的实验没有能完全排除在两个偏光过滤器及测量仪上会不会受到原来存在或残留在设备上的信息的影响（爱因斯坦的区域隐藏变量）。这就仿佛一个作弊的学生在考试前的头一天晚上看到了考题并且知道如何应对，而不是像波尔说的那样在观测的一瞬间才知道考题。
20世纪70年代末到80年代初，正在读博士的法国科学家AlainAspect提出如何在实验中堵住贝尔不等式实验漏洞的建议。作为Aspect论文答辩委员会成员的贝尔支持Aspect的想法，甚至参与了Aspect新实验的初始设置，同时为他提供了一些宝贵建议。1982年，Aspect完成了实验，并因此获得了博士学位。Aspect增加了两个测试器间的距离（从Clauser实验的3米增加到12米），使用的偏光过滤器每10纳秒就转换一次，而两个粒子从光源走到各自的过滤器则需要40纳秒。这就建立起一个独立的随机观察器，从而堵住了一个重要的漏洞。Aspect的实验结果与Clauser的实验结果是一致的。波尔是正确的。
2017年奥地利维也纳大学教授AntonZeilinger使用新研发的设备及技术，进行了证明贝尔不等式是否成立，爱因斯坦和波尔谁对的最终实验：随机测量装置的宇宙贝尔实验（CosmicBellTest）。Anton的团队在西班牙的LaPalma岛架设了实验设备，从中间的光源到两边的测量记录仪各自有大约536米（0.3英里）远，在两边的测量记录仪的位置各自有一座大功率高倍天文望远镜，指向宇宙中远在将近80亿光年以外的两个发出强光的类星体。Anton把巨大的银河系作为自己的实验室，把类星体发来的光波变成一对随机数产生器来控制偏光过滤器，从而保证被测试的相互纠缠的两个光子的数据可以被准确地记录下来。由于控制偏光过滤器的光波是近八十亿年前产生的，这就百分之百地确认了两个测试仪记录下来的数据是来自两个光子的纠缠，从而排除了所有残存于测量设备中隐藏的区域性变量（类似学生在考试前得到试题答案）的可能性。因为将近80亿年前地球还没有诞生，因此由它们控制的实验设备，杜绝了提前放进隐藏变量的任何可能。Zeilinger的实验再次证明了Clauser的实验结果没有问题，无视时空的量子纠缠确乎存在。波尔是对的！
Clauser、Aspect、Zeilinger的实验反证贝尔不等式，从而确认了量子纠缠的存在，在人类对自然的认知上意义重大。而且，其影响不仅为百年来关于量子力学的理论物理课题画上一个完美的句号，同时对应用工程领域也有巨大影响，说它是当今最前沿科技的基础也不过分。比如，在公开密钥密码体系（Cryptography）量子纠缠可以杜绝任何不被发现的窃听行为，因为从点A到点B的信息传播如果中间被点C截获后，传输到点B的电子将不能与点A纠缠，这就保证了电子通讯的保密性和可靠性。再比如，量子计算机是使用量子纠缠来进行平行计算的，这就带来计算工程领域的革命。计算机科学理论中众所周知的简称为TSP（TravellingSalesmanProblem）的旅行商问题，即一个旅行商从某个城市出发，选择最佳路线，经过每个城市且只经过一次，最终回到原点的算法。记得30多年前在新墨西哥理工学院读研时，修计算机算法课，这是我第一次听到旅行商问题。如果从直觉上看TSP，解决此问题应该不难；其实不然，因为解决问题的难度是按指数曲线增长的：当旅行商需要访问的城市仅仅增加到30个，用今天传统的计算机就需要几百年才能算出那条最佳路线。然而，如果使用基于量子纠缠进行平行计算的量子计算机来计算TSP问题，恐怕只需要几分钟就可以得到正确答案。这会给轮船运输公司、航空公司、快递服务公司，甚至垃圾处理公司的卡车在小区中行驶路线的效率优化尝试，带来革命性的变化。
回溯百年来量子力学发展的历史，有很多东西值得我们思考。我以为，科学的发展是离不开激烈的思想交锋，离不开平等、自由的学术讨论的。科学的进步需要一种宽松的学术环境，不同的学术观点应该被允许自由表达，大家可以坐在一起平和地争论问题。在这里，科学与宗教不同，如果说宗教的灵魂是坚信不移，那么科学的灵魂就是质疑。所以我认为一直质疑量子力学、不断挑战其完整性的爱因斯坦对量子力学的贡献一点也不比波尔小，正是因为有了爱因斯坦的挑战，量子力学才能发展到今天。Clauser2022年在获得诺贝尔物理学奖后接受采访时曾经说，当你活到足够老了（他当时80岁），你就获奖了。与贝尔相比，Clauser应该算是幸运的——贝尔活着的时候，没能看到自己的工作在物理发展史上占据着如此重要的位置。所以学术发展的更可怕的敌人是已经功成名就的“大牌”对领域内的新想法、新人的漠视甚至压制。量子理论的鼻祖之一普朗克曾经开过一个很著名的玩笑：试图用新的科学观念去说服怀疑它的顽固分子的尝试是不可能成功的，只有当那些老顽固都死了以后，年轻一代才会逐渐接受新的想法。2022年的三位诺贝尔物理学奖得主幸运地没有等待这么久。他们的好奇心，他们的想象力，他们的科技基本功，再加上一点点不为他人所左右、不撞南墙不回头的执着使他们最终取得了胜利。除此之外，我再次认识到实践（实验）是检验真理的唯一标准。不管你的理论有多完美，在实验证明它之前，这个理论只能是一个假说。同样出自普朗克之口：“实验是我们掌握知识的唯一途径。其他的，不过是诗与幻想。”
科学的发展是没有止境的，量子力学的发展也是如此。Clauser在获奖后曾经说过：“我知道量子纠缠是什么，但我仍然不知道为什么。”如果连诺贝尔物理学奖得主都认为有他尚且不知“为什么”的东西，那这里一定有更多的学问可做，有新课题让人类去探索。普林斯顿高级研究院现任主任说：“我们现在已经知道量子纠缠是存在的了。从波尔的微观世界到爱因斯坦的宏观世界之间存在着一条鸿沟，而无视时空的量子纠缠也许就是连接这两个世界的一道桥梁。”显然，量子力学的研究并没有因为三位科学家证明了量子纠缠的存在而停止，科学还是要继续发展下去的。有人问Zeilinger如果爱因斯坦活到今天，看到他们的实验结果会怎么反应。Zeilinger回答：“他一定会感到震撼，感到兴奋。他一定会立刻向量子力学提出新的挑战！”我想，这就是科学最迷人的地方，你永远也不会走到认知的尽头、发现所谓的终极真理，总是会有未知在前面等待着人类去探索。
爱因斯坦与波尔。Paul Ehrenfest摄于1925年
本文刊载于《金融博览》2023年第9期
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