2016-12-12 【江苏科技报】
■ 本报记者 孟 婧
11月30日，一场近3万人参与的量子物理实验在全球九个研究机构同时进行。在这场名为“大贝尔实验”中，研究人员号召全球的普通大众通过在相关网站上注册，并进行一个简单的视频游戏进而产生随机、不可预知的由0和1组成的随机数，用于决定实验中的重要参数。
一直以来，藏在实验室里的量子实验总是一副“高深莫测”的模样。“大贝尔实验”究竟是一个什么样的实验，人类的随机行为如何促进科学的进步？一起来听听量子物理领域专家们的解答吧。
为结束一场旷日持久的争论
科学家们“爱较真”找漏洞
“大贝尔实验”的方式很简单，就是玩游戏，参与者只需要对着一个类似于“神庙逃亡”的游戏画面，然后随机快速输入0和1，越快越好、越随机越好。普通大众在这场实验中发挥的作用就是“生产”一个个随机数、充当随机数发生器。
其实，早在“大贝尔实验”之前，有一个“贝尔实验”，是用来检验量子力学基本原理的。如今，“墨子号”量子卫星、量子通信等量子科技都离不开量子力学。东南大学物理系教授薛鹏告诉记者，“大贝尔实验”本质上就是“贝尔实验”，之所以为被称为“大贝尔实验”，是因为其实验样本选择不拘于实验室内，而是扩大到了全球，范围更大。所以，要想了解“大贝尔实验”，就要先弄清楚“贝尔实验”是个啥。
“‘贝尔实验’的目的是克服验证贝尔不等式试验中的自由意志漏洞。”薛鹏说。不过，“自由意志漏洞”是什么？“‘贝尔实验’的原理很复杂，它涉及爱因斯坦和著名物理学家玻尔的一场旷日持久的争论。”薛鹏告诉记者，爱因斯坦和玻尔在量子力学的完备性上存在分歧。此后，物理学家贝尔提出解决办法，把爱因斯坦和玻尔之间的争论变成实验，用以判定分歧。此后，多个研究组开始用若干种方法做了“贝尔实验”，结论都是一致的：量子力学是完备的。
“但是，那些依然对量子力学完备性存疑的科学家们发现了各种实验中的漏洞，其中两个最著名的漏洞叫做‘局域性漏洞’和‘公平取样漏洞’。所以，虽然很多科学家都承认量子力学的完备性，但在实验验证中总还是有些缺憾、不够完美。”薛鹏说，随着越来越多科学实验的展开以及实验技术的提高，对这两个“漏洞”的解决有了一定的突破。可是，爱较真的科学家，又找到了一个漏洞——“自由意志漏洞”。薛鹏解释说，这个漏洞的意思是：“贝尔实验”中要用多个随机数发生器产生许多随机数。不过，凭什么相信随机数发生器产生的就是“真”的随机数呢？又怎么保证这些随机数没有时间的关联，是无偏的选择呢？这个问题困扰着很多科学家。
“真”随机数如何产生 人类自由意志或是最优选择
东南大学物理系教授薛鹏告诉记者，在实验室里，产生随机数的随机数发生器有三种，一种是电脑编程自动生成的，但电脑生成的随机数，因为黑客攻击等因素的存在，科学家们担心这些随机数是伪随机。另一种是量子随机数，即出于量子本身叠加性等特性产生的随机数，不过，科学家们又担忧，量子力学是否完备本身就有待探讨，他们中的一部分人相信这种随机数的产生带有一种“上帝掷骰子”的特性，也就是说这种随机是大自然事先准备好欺骗人类的，没办法实现真正的随机。第三种就是由人作为随机数发生器，通过自由意志产生的随机数。
既然前两种随机数发生器产生的随机数都可能被预先注定，那么，由人的自由意志产生出来的随指数是不是就是真正的随机数呢？
薛鹏表示：“科学家们认为，人具有自由意志，每个人的想法都无法控制，因此，由人产生出来的随机数，也是最纯粹的。”正是在这样的背景下，“贝尔实验”就需要庞大的人群，去做出随机选择，因此有了“大贝尔实验”。
“‘大贝尔实验’的设计有一定的讲究，比如尽可能多的人参与到实验中，要求参与者快速做出选择等，每个参与到实验中的个体，其实就是随机数发生器，越多的人参与，越快速地做出选择，时间关联性就会越小，选择性也就会更加趋向与无偏。”薛鹏解释。因此，“大贝尔实验”需要发动成千上万的志愿者参与，越多越好。据了解，“大贝尔实验”初始倡议者是西班牙光子科学研究所（ICFO），项目召集了至少3万人参与其中，中国科学技术大学潘建伟团队也参与了“大贝尔实验”。
兼具“探索”和“趣味” 实验将回答量子力学经典疑问
那么，普通人的一次随机之举，到底会给量子力学带来什么改变？
“量子力学不同于传统经典物理学，量子本身带有的不确定性、叠加性等特性，很难给出一个像传统经典物理学那样统一标准的答案，量子领域还有很多未知有待探索。”薛鹏坦言，就像“量子力学到底是不是完备的”这一基本问题，科学家们还存在分歧。即使在大多数科学家看来，量子力学的正确性早已形成共识，但科学家们为了消除各种“漏洞”还在进行着一遍遍的实验。
对于“大贝尔实验”，ICFO的博士生卡洛斯·艾威亚认为：“‘大贝尔实验’最让人着迷的一点是社会大众和科学家对实验的成功起着同样重要的作用。这是将量子物理学前沿研究贴近大众的一个特别契机。”
薛鹏也表示，“大贝尔实验”最后还会进行对比实验，利用三种机制产生的随机数分别做实验，进而得出对比结果。“像‘大贝尔实验’这样兼具探索性和趣味性，还有一定科普性的科学实验，让量子科学再次走进了公众视野，是一次不错的尝试。”