袁嵐峯：大貝爾實驗，科學需要你！
朋友，你願意為科學做貢獻嗎？
愛因斯坦説：科學需要你
你當然願意！你天庭飽滿，骨格清奇，一看就是研習科學的奇才。只是由於造化弄人，命運蹉跎，沒有走上科研的道路，但你心中對科學的夢想一直沒有熄滅。人生沒有夢想，跟鹹魚有什麼兩樣？現在有個機會，參與一場全球性的科學盛事，你當然是義不容辭啦！
那麼，這場全球性的科學盛事是什麼呢？
它就是“大貝爾實驗”，英文為the Big Bell Test。這個詞是什麼意思？以前有“貝爾實驗”，是用來檢驗量子力學基本原理的。量子力學，是描述微觀世界的基本物理學理論，跟相對論齊名的二十世紀兩大物理學革命之一。現在媒體整天報中國在量子科技方面取得進展，一會是量子衞星上天，一會是量子通信線路開通，都是量子力學的應用。檢驗量子力學的基本原理，知道有多重要了吧？現在加個“大”，是在全世界動員大量的志願者參與貝爾實驗，希望各洲各國都有參與，人越多越好，目標是3萬人。
這是個國際項目，你是在為全世界的科學界作貢獻！
2016年8月16日，長征二號丁發射量子科學實驗衞星“墨子號”
如何參與大貝爾實驗呢？只需在2016年11月30日全天任何時間，登錄www.thebigbelltest.org，註冊（按照這個網站的説法，成為“貝爾員”），然後開始玩遊戲……
大貝爾實驗的主頁。許多像太極圖的蝌蚪，顯得深得道法自然之妙
什麼鬼，開始玩遊戲？
是的！為科學做貢獻，不需要你先去讀個博士學位，也不需要你在實驗室裏搬磚刷試管，只需要在電腦、手機上玩遊戲就行——世上居然還有這樣的好事，是不是很開心？
玩什麼遊戲？不是下圍棋，也不是2048，用不了那麼複雜。你只需對着一個像神廟逃亡一樣很萌的畫面，輸入一串隨機的0和1，越隨機越好，越快越好。系統給你打分，超過一定的分數就進入下一關。是的，這還是個過關式的遊戲，總共有6關。你可以和你的家人、朋友甚至整個國家、全世界的參與者競賽，看誰得分高。
在大貝爾實驗的宣傳片中，各國的貝爾員操着各種語言興致勃勃地投身科學，包括漢語、英語、西班牙語、加泰羅尼亞語、俄語、印式英語……也是醉了！
聰明如你，已經看出來了：你在大貝爾實驗中發揮的作用，其實就是產生一串隨機數。用專業一點的術語説，你是一個隨機數發生器。古有人肉搜索，今有人肉隨機數發生器，真是妙哉妙哉！
等等……等等……為什麼要用人來作隨機數發生器？這就要説到貝爾實驗的原理了。
貝爾實驗的原理有一定的複雜程度，涉及到愛因斯坦和另一位大科學家玻爾（Niels Henrik David Bohr, 1885 - 1962）的百年恩怨情仇，不是三言兩語能解釋清楚的，我打算單獨寫篇文章來詳細解讀。（沒時間解釋了，快開車！）如果只給一個最簡單的回答，就是“為了克服自由意志漏洞”。
玻爾和愛因斯坦
什麼是“自由意志漏洞”？這要從貝爾實驗的各種漏洞説起。
貝爾（John Stewart Bell, 1928 - 1990）是一位物理學家，他第一個提出辦法，把愛因斯坦和玻爾之間的哲學爭論變成了實驗可以判決的定量分歧。此後多個研究組用若干種方法做了貝爾實驗，結論都是一致的：量子力學是正確的。如果不是這樣的話，物理學早就地震了，我們今天還搞什麼量子通信，發什麼量子衞星？
貝爾
但是，不相信量子力學的人總是可以挑出這些實驗的漏洞，其中兩個最著名的漏洞叫做“局域性漏洞”（又稱為“通訊漏洞”）和“探測漏洞”（又稱為“公平取樣漏洞”）。好比辛普森殺妻案，雖然檢方找到一堆證據，但李昌鈺博士指出取證的過程有漏洞，那麼這些證據就不能用，辛普森只能被無罪釋放，即使後來他親口承認殺妻也不能再被抓起來。
2015年之前，各種貝爾實驗或者有局域性漏洞，或者有探測漏洞，從來沒有一個實驗是兩者都堵上的。因此絕大多數科學家雖然都承認量子力學的正確性，但總還是有些缺憾。2015年終於出現了突破，荷蘭代爾夫特理工大學的Bas Hensen、Ronald Hanson等人進行了既沒有局域性漏洞也沒有探測漏洞的貝爾實驗。結果怎麼樣？當然是量子力學正確啦！這項成果被稱為無漏洞的貝爾實驗，入選了2015年度國際物理學十大突破。順提一句，2015年度國際物理學十大突破之首是中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等人的“多自由度量子隱形傳態”，這也是量子力學結出的碩果。
“物理世界”網站對多自由度量子隱形傳態的報道
然而，愛較真（換句話説就是“善於自虐”）的科學家們仍然不滿足，他們假想還存在不相信量子力學的死硬派（其實絕大多數科學家早在第一個貝爾實驗之前就接受量子力學了），那麼這些死硬派會從什麼角度挑刺呢？Bingo！他們找到一個角度，就是“自由意志漏洞”。這個漏洞的意思是：貝爾實驗中要用多個隨機數發生器產生許多隨機數，但憑什麼相信隨機數發生器產生的是真隨機數呢？
你要問了，憑什麼不相信？吶，這個問題説起來可就大了。死硬派的回答是令普通人崩潰的：這些隨機數發生器現在看似各自獨立，但可以在過去由一個共同的來源決定。比如説有一個遙遠的星系A，它發出的光子既確定了隨機數發生器B的輸出，也確定了隨機數發生器C的輸出。你以為你在使用兩串獨立的隨機數，但實際上它們是關聯的，所以實驗結果也是有偏差的。你能絕對排除這種可能性嗎？當然不能。
照這麼説，任何用到隨機數的實驗都可以抵賴了？別忙，提出這個吹毛求疵的漏洞的人，在另外一種情況下會承認你在用真隨機數：就是用人作隨機數發生器。為什麼呢？因為人有自由意志呀！你認為所有無生命的隨機數發生器都可能是預先註定的，那好，我現在要提出一個數，是0還是1，你同意不是註定的吧？
當然，有些人會認為，人跟機器一樣，所有的行為都是預先註定的。對於這種“超級決定論”，我們確實是毫無辦法，永遠不可能證偽它。但是，這種觀點過於極端，真心相信它的人很少。而且一旦採取這種立場，就不可能進行科學討論了，因為無論發生什麼都可以認為是預先註定的，那就既不可能證實，也不可能證偽，只是單純的哲學思辨。因此，如果“死不改悔的走資派”還願意進行科學探討，還保留自己認錯的可能性，那麼他們就應該提出一種他們認可的真隨機數發生器——這就是為什麼大貝爾實驗需要你！
貝爾實驗需要大量的隨機數，因此需要發動成千上萬的志願者參與，越多越好。有一種基礎的網絡攻擊方式叫做“分佈式拒絕服務（DDoS）攻擊”，是用許多機器不斷地訪問攻擊對象，讓它疲於應對，無法進行其他服務。2016年10月，維基解密的支持者正是用DDos攻擊，癱瘓了半個美國的互聯網。假如説自由意志漏洞相當於有一個惡意的上帝把所有機器的行為都預先註定了，那麼大貝爾實驗的思路，就相當於一場對上帝的DDoS攻擊！
大貝爾實驗是由誰發起的呢？初始倡議者是西班牙的光子科學研究所（ICFO），11月30日全世界有9家研究機構用貝爾員們輸入的隨機數來做貝爾實驗。這些研究機構是：格里菲斯大學量子計算和通信技術中心、昆士蘭大學工程量子系統中心、康塞普西翁大學電機系（包括三個子節點林雪平大學電機系、塞爾維亞大學和羅馬大學物理系）、中國科學技術大學、光子科學研究所、量子光學和量子信息研究所、慕尼黑大學，尼斯大學凝聚態物理實驗室、蘇黎世聯邦理工學院量子器件實驗室。
作為亞洲的代表，中國科學技術大學潘建偉團隊參與了大貝爾實驗，由張強教授負責。所以，為了中國、為了亞洲，諸位請多多參與哦！
參與大貝爾實驗的張強教授實驗室
發動羣眾參與科學實驗，這種科學界的“人民戰爭”或者“大鍊鋼鐵”，其實並不是新生事物。
一個例子是“因特網梅森質數大搜索”（GIMPS）。每一個質數p對應一個梅森數2p - 1，常記為Mp。對於許多質數p，Mp是質數，稱為梅森質數。但是，梅森質數是有限多，還是無限多呢？這個問題到現在都沒有答案，人們只能不斷尋找。到1996年為止，總共發現了34個梅森質數。後來人們推出了GIMPS，這是世界上第一個基於互聯網的分佈式計算項目。志願者只要下載一個程序，就能用自己的計算機參與尋找新的梅森質數。通過GIMPS，梅森質數已經擴展到了49個。2016年1月7日，發現了第49個梅森質數274207281 - 1，它是一個22338168位數，——是的，超過2千2百萬位。
另一個例子是“公眾超新星搜尋項目”（PSP項目），這是由新疆南山縣星明天文台和中國虛擬天文台合作開展的，全國各地有數以百計的業餘天文愛好者參加。他們每天做的，就是對着電腦中的黑白宇宙圖片玩“大家來找茬”，期望看出細微的不同，發現超新星。2015年，合肥市的小學生廖家銘找到了PSP項目的第一顆超新星，10歲零8個月大的廖同學成為全球最年輕的超新星發現者之一。
那麼，大貝爾實驗這場科學界的人民戰爭，結果會是什麼樣呢？量子力學會不會被推翻？不用問，結論肯定是量子力學正確，跟以前那麼多次貝爾實驗一樣……不要在意那些細節！這次實驗既有科學意義，也有科普意義，相當於一場科學界的公共關係項目。
還有一點令人“囧囧”有神的是，這次的大貝爾實驗克服了自由意志漏洞，局域性漏洞卻又回來了……不要在意那些細節！局域性漏洞是因為，所有這些參與者都在地球上，相距太近。跟什麼相比太近？跟人產生一次隨機數所需的反應時間（大約0.1秒）與光速（每秒30萬公里）的乘積（3萬公里）相比。地球的半徑不到6400公里，所以地球上任意兩個人之間的距離不超過12800公里，小於3萬公里，這就存在局域性漏洞。這是大致的説法，至於更深層的解釋，請看我以後詳述貝爾實驗原理的文章。如何才能同時克服自由意志漏洞和局域性漏洞呢？地球和月球之間的距離是38萬公里，讓一個人在地球、一個人在月球就可以。對於中國的載人登月計劃，潘建偉團隊確實提出了這個實驗方案——完美！
大貝爾實驗的持續時間是從澳大利亞布里斯班時間的11月30日00：00到美國博爾德時間的11月30日23：59，也就是從北京時間的11月29日晚上10點到12月1日下午3點。
當你看到這篇文章的時候，大貝爾實驗已經正式開始了。還等什麼，拿起電話訂購吧！哦，不是，拿起手機、鼠標參加吧！大型真人網絡科學遊戲，新服11月30日盛大上線，全球公測，永不刪檔，登錄即送愛因斯坦秘傳屠龍寶刀，等着你來！
不轉不是地球人！
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背景介紹：此文是應中國科學技術大學宣傳部的邀請為大貝爾實驗做的宣傳。愛因斯坦為科學招人的圖片是袁嵐峯博士提議的對第二次世界大戰期間美國一幅著名的徵兵廣告的化用，在這裏正好非常貼切，因為貝爾實驗檢驗的正是愛因斯坦對量子力學的挑戰。感謝中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室張強教授、張文卓博士和清華大學交叉信息研究院尹璋琦博士在科學內容方面的指教。
作者簡介：袁嵐峯，中國科學技術大學化學博士，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員，科技與戰略風雲學會會長，微博@中科大胡不歸，知乎@袁嵐峯。
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