如何確定事物的真實(shí)性？物理學(xué)中將這樣的研究問題放到了物質(zhì)運(yùn)動本身上去研究，我們所有一切感知到的現(xiàn)象都是這個(gè)世界的真實(shí)運(yùn)作表現(xiàn)。

無論是聽到的聲音，還是看見的光線變化，這些都是能夠從事物最基本的粒子運(yùn)動方面進(jìn)行解釋。當(dāng)量子力學(xué)發(fā)展后，物理研究卻在事物的真實(shí)性上犯了難，這是為什么？

物質(zhì)的運(yùn)動確定事物的真相？

量子力學(xué)中的雙縫實(shí)驗(yàn)向人們展示了粒子的疊加態(tài)，雙縫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果令科學(xué)家大吃一驚，事物的運(yùn)動狀態(tài)居然是觀察之后才有的。

隨后幾十年的發(fā)展中，貝爾不等式的出現(xiàn)又將量子力學(xué)推向了新的研究中，甚至體現(xiàn)在哲學(xué)命題里，即何為自由意志。

量子力學(xué)中的雙縫實(shí)驗(yàn)

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是什么？它揭示了何種物理現(xiàn)象？為什么“雙縫實(shí)驗(yàn)”讓科學(xué)家們感到震驚？貝爾不等式又是什么？本文接下來將從雙縫實(shí)驗(yàn)、量子力學(xué)、貝爾不等式這幾個(gè)方面去解答這些問題，比雙縫實(shí)驗(yàn)更恐怖的是貝爾不等式檢測，為什么對世界真實(shí)存在性進(jìn)行了終極判決？

雙縫干涉

我們先來聊聊雙縫實(shí)驗(yàn)，這是一種展示光子或電子等微觀物體波動性與粒子性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備非常簡單，只要一塊帶有雙縫的不透明板和能夠發(fā)出光束的設(shè)備，然后將光束射向這塊雙縫板，就能看到穿過縫隙后的光線。（縫隙只有0.7毫米）

雙縫實(shí)驗(yàn)的設(shè)備

按照經(jīng)典物理體系下的假設(shè)，如果光束是由經(jīng)典粒子組成，那么光束在照射進(jìn)細(xì)縫后，經(jīng)過細(xì)縫后的光束會沖擊探測屏。然后通過觀察，應(yīng)該就能看到與縫隙形狀與之相對應(yīng)的光斑圖。

但事實(shí)上并不是這樣，光束在穿過縫隙后并沒有形成完整的對應(yīng)圖形，而是出現(xiàn)了兩倍光強(qiáng)度的圖像，并且還出現(xiàn)了許多小的干涉條紋。為了闡述這種現(xiàn)象，科學(xué)家認(rèn)為亮度的變化可以用波的相長干涉與相消干涉兩種機(jī)制來解釋，這意味著光是一種振動波。

雙縫實(shí)驗(yàn)打開了新世界

不過到了20世紀(jì)，光電效應(yīng)的理論突破給光的物理行為帶來了另一種解釋，即光是一種粒子，光的行為實(shí)際上就是粒子的行為。但科學(xué)界那時(shí)認(rèn)為粒子和波的行為應(yīng)該是有所區(qū)別的。

那么光到底是波還是粒子呢？

為了更好地解答這個(gè)問題，科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種更為精妙的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。他們將光束縮減至最小，然后極大地降低光子的活動和數(shù)量，這樣光子就可以一個(gè)一個(gè)地通過縫隙，按照平時(shí)的想象，如果是單獨(dú)的光子總不至于出現(xiàn)被干涉的情況吧。

然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次讓科學(xué)家們大吃一驚，雖然每次只有一個(gè)光子通過縫隙，但是這些光子可以同時(shí)通過兩條縫隙，并出現(xiàn)單獨(dú)的光子自己干涉自己的行為。

科學(xué)家在后來的研究中發(fā)現(xiàn)，量子力學(xué)可以精確地預(yù)測粒子抵達(dá)探測屏的任意位置的概率密度，但是無法預(yù)測在什么時(shí)候，哪個(gè)位置會有粒子到達(dá)。

一個(gè)光子能通過兩條縫隙

這意味著粒子的抵達(dá)事件是不可知的，物理學(xué)家不愿意接受這個(gè)事實(shí)，同時(shí)科學(xué)家也在思考為什么一個(gè)粒子能夠同時(shí)經(jīng)過兩條縫隙。對此實(shí)驗(yàn)又進(jìn)行了一次升級，科學(xué)家準(zhǔn)備直接對通過縫隙的光子進(jìn)行觀察，來看一看光子到底出現(xiàn)了怎么樣的變化。結(jié)果恐怖的事情出現(xiàn)了，如果進(jìn)行直接觀察，光子的這種問題消失了，光斑也變成了簡單的光線。為什么會這樣？

疊加態(tài)和不可預(yù)知

量子力學(xué)解釋為這是粒子的疊加態(tài)和測量所導(dǎo)致的坍塌，簡單地來解釋就是，粒子在進(jìn)行觀察之前存在各種方向的運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)觀察者進(jìn)行觀察時(shí)，原本的測量也導(dǎo)致了粒子運(yùn)動的坍塌，這種運(yùn)動狀態(tài)就被確定了。這在后來也被稱作為“測不準(zhǔn)原理”。

海森堡的測不準(zhǔn)原理

當(dāng)時(shí)科學(xué)界有兩位物理明星，一個(gè)是愛因斯坦，一個(gè)是玻爾。愛因斯坦認(rèn)為這不符合物理邏輯，同時(shí)也證明了量子力學(xué)并不完美，它不能很好地解釋粒子的運(yùn)動。

但玻爾卻認(rèn)為量子力學(xué)不會用不恰當(dāng)?shù)慕?jīng)典概念來解釋這種現(xiàn)象，量子力學(xué)會尋找新的概念來解釋這些問題。愛因斯坦認(rèn)為要解釋這個(gè)現(xiàn)象應(yīng)該存在一個(gè)局部隱變量的問題，這種隱變量干涉整個(gè)過程，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)改變。

一個(gè)是愛因斯坦，一個(gè)是玻爾都是物理界的天才

之所以愛因斯坦和玻爾會出現(xiàn)這樣的爭執(zhí)，是因?yàn)樵趷垡蛩固沟难芯恐?，他認(rèn)為物質(zhì)的屬性是事先就確定好的，和觀測沒有關(guān)系。而玻爾認(rèn)為物質(zhì)的屬性并不是事先確定的，只有當(dāng)人們進(jìn)行觀察時(shí)才會進(jìn)行確定。

與觀察是否有關(guān)呢

局部隱變量正是愛因斯坦對自己的定域性假設(shè)做出的一種完善，不少科學(xué)家都認(rèn)為一個(gè)物理理論對事物本質(zhì)的描述是完備的，因此物理現(xiàn)象的每個(gè)要素都存在相應(yīng)的對應(yīng)量，這也是愛因斯坦認(rèn)為量子力學(xué)并不完善的一個(gè)地方。

而到了量子力學(xué)研究的中期階段，量子糾纏的發(fā)現(xiàn)更是讓愛因斯坦對量子力學(xué)感到不可理喻，由此批判了以玻爾為代表的量子力學(xué)研究人物。定域論只允許某個(gè)區(qū)域的事件不超過光速運(yùn)動進(jìn)行傳遞，然而量子糾纏卻不遵循這種原理。

愛因斯坦把量子糾纏稱為“鬼魅”一樣的超遠(yuǎn)距離作用

一直到愛因斯坦去世后，量子力學(xué)的這個(gè)問題仍然沒有得到很好的應(yīng)驗(yàn)解答，直到貝爾將自己的局部隱變量公式公布出來，也就是貝爾公式。

結(jié)果是否存在，世界是否真實(shí)？

愛因斯坦和玻爾的爭論可以理解為“出生確定”和“觀測確定”，在貝爾對量子糾纏進(jìn)行了更深入的分析后，他推斷測量結(jié)果取決于每一半內(nèi)隱藏變量的假設(shè)，局部隱變量模型可以重現(xiàn)量子力學(xué)的預(yù)測。但之后他證明這不能普遍成立，這便是后來的貝爾公式。

貝爾公式

換句話說，貝爾證明了定域性和隱變量不相容。如果一個(gè)隱變量定理是正確的，那么一定出現(xiàn)一個(gè)滿足物理現(xiàn)象，一個(gè)會限制物理現(xiàn)象。如果該不等式給出的這個(gè)限制不滿足，那么就不存在正確的隱變量。

貝爾

另一方面來看，量子力學(xué)和貝爾公式顛覆了人們尋常的認(rèn)知，結(jié)果先于原因，并沒有所謂的預(yù)測，一切的結(jié)果只是人們的觀察所導(dǎo)致，世界的真實(shí)存在性迎來了終極判決。貝爾不等式還說明了一個(gè)問題，局域性和實(shí)在性至少有一個(gè)有問題，或者兩個(gè)都有問題，不可能同時(shí)存在，這在后來也證明了量子力學(xué)中的不可觀測性。

觀察才存在

現(xiàn)在關(guān)于量子力學(xué)中的這種不可預(yù)知和不可確定，放在現(xiàn)實(shí)中就像是我們每個(gè)人的活動，每個(gè)選擇帶來的結(jié)果都是隨機(jī)的，只有當(dāng)我們確實(shí)觀察到事件本身，這件事才存在。

因此這個(gè)問題也被上升到哲學(xué)層面的思考，我們生活的世界究竟是否是真實(shí)的？

這一切或許都是模擬出來的，客觀世界確實(shí)存在，但是未來不可預(yù)測。