袁岚峰：大贝尔实验，科学需要你！
朋友，你愿意为科学做贡献吗？
爱因斯坦说：科学需要你
你当然愿意！你天庭饱满，骨格清奇，一看就是研习科学的奇才。只是由于造化弄人，命运蹉跎，没有走上科研的道路，但你心中对科学的梦想一直没有熄灭。人生没有梦想，跟咸鱼有什么两样？现在有个机会，参与一场全球性的科学盛事，你当然是义不容辞啦！
那么，这场全球性的科学盛事是什么呢？
它就是“大贝尔实验”，英文为the Big Bell Test。这个词是什么意思？以前有“贝尔实验”，是用来检验量子力学基本原理的。量子力学，是描述微观世界的基本物理学理论，跟相对论齐名的二十世纪两大物理学革命之一。现在媒体整天报中国在量子科技方面取得进展，一会是量子卫星上天，一会是量子通信线路开通，都是量子力学的应用。检验量子力学的基本原理，知道有多重要了吧？现在加个“大”，是在全世界动员大量的志愿者参与贝尔实验，希望各洲各国都有参与，人越多越好，目标是3万人。
这是个国际项目，你是在为全世界的科学界作贡献！
2016年8月16日，长征二号丁发射量子科学实验卫星“墨子号”
如何参与大贝尔实验呢？只需在2016年11月30日全天任何时间，登录www.thebigbelltest.org，注册（按照这个网站的说法，成为“贝尔员”），然后开始玩游戏……
大贝尔实验的主页。许多像太极图的蝌蚪，显得深得道法自然之妙
什么鬼，开始玩游戏？
是的！为科学做贡献，不需要你先去读个博士学位，也不需要你在实验室里搬砖刷试管，只需要在电脑、手机上玩游戏就行——世上居然还有这样的好事，是不是很开心？
玩什么游戏？不是下围棋，也不是2048，用不了那么复杂。你只需对着一个像神庙逃亡一样很萌的画面，输入一串随机的0和1，越随机越好，越快越好。系统给你打分，超过一定的分数就进入下一关。是的，这还是个过关式的游戏，总共有6关。你可以和你的家人、朋友甚至整个国家、全世界的参与者竞赛，看谁得分高。
在大贝尔实验的宣传片中，各国的贝尔员操着各种语言兴致勃勃地投身科学，包括汉语、英语、西班牙语、加泰罗尼亚语、俄语、印式英语……也是醉了！
聪明如你，已经看出来了：你在大贝尔实验中发挥的作用，其实就是产生一串随机数。用专业一点的术语说，你是一个随机数发生器。古有人肉搜索，今有人肉随机数发生器，真是妙哉妙哉！
等等……等等……为什么要用人来作随机数发生器？这就要说到贝尔实验的原理了。
贝尔实验的原理有一定的复杂程度，涉及到爱因斯坦和另一位大科学家玻尔（Niels Henrik David Bohr, 1885 - 1962）的百年恩怨情仇，不是三言两语能解释清楚的，我打算单独写篇文章来详细解读。（没时间解释了，快开车！）如果只给一个最简单的回答，就是“为了克服自由意志漏洞”。
玻尔和爱因斯坦
什么是“自由意志漏洞”？这要从贝尔实验的各种漏洞说起。
贝尔（John Stewart Bell, 1928 - 1990）是一位物理学家，他第一个提出办法，把爱因斯坦和玻尔之间的哲学争论变成了实验可以判决的定量分歧。此后多个研究组用若干种方法做了贝尔实验，结论都是一致的：量子力学是正确的。如果不是这样的话，物理学早就地震了，我们今天还搞什么量子通信，发什么量子卫星？
贝尔
但是，不相信量子力学的人总是可以挑出这些实验的漏洞，其中两个最著名的漏洞叫做“局域性漏洞”（又称为“通讯漏洞”）和“探测漏洞”（又称为“公平取样漏洞”）。好比辛普森杀妻案，虽然检方找到一堆证据，但李昌钰博士指出取证的过程有漏洞，那么这些证据就不能用，辛普森只能被无罪释放，即使后来他亲口承认杀妻也不能再被抓起来。
2015年之前，各种贝尔实验或者有局域性漏洞，或者有探测漏洞，从来没有一个实验是两者都堵上的。因此绝大多数科学家虽然都承认量子力学的正确性，但总还是有些缺憾。2015年终于出现了突破，荷兰代尔夫特理工大学的Bas Hensen、Ronald Hanson等人进行了既没有局域性漏洞也没有探测漏洞的贝尔实验。结果怎么样？当然是量子力学正确啦！这项成果被称为无漏洞的贝尔实验，入选了2015年度国际物理学十大突破。顺提一句，2015年度国际物理学十大突破之首是中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等人的“多自由度量子隐形传态”，这也是量子力学结出的硕果。
“物理世界”网站对多自由度量子隐形传态的报道
然而，爱较真（换句话说就是“善于自虐”）的科学家们仍然不满足，他们假想还存在不相信量子力学的死硬派（其实绝大多数科学家早在第一个贝尔实验之前就接受量子力学了），那么这些死硬派会从什么角度挑刺呢？Bingo！他们找到一个角度，就是“自由意志漏洞”。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，但凭什么相信随机数发生器产生的是真随机数呢？
你要问了，凭什么不相信？呐，这个问题说起来可就大了。死硬派的回答是令普通人崩溃的：这些随机数发生器现在看似各自独立，但可以在过去由一个共同的来源决定。比如说有一个遥远的星系A，它发出的光子既确定了随机数发生器B的输出，也确定了随机数发生器C的输出。你以为你在使用两串独立的随机数，但实际上它们是关联的，所以实验结果也是有偏差的。你能绝对排除这种可能性吗？当然不能。
照这么说，任何用到随机数的实验都可以抵赖了？别忙，提出这个吹毛求疵的漏洞的人，在另外一种情况下会承认你在用真随机数：就是用人作随机数发生器。为什么呢？因为人有自由意志呀！你认为所有无生命的随机数发生器都可能是预先注定的，那好，我现在要提出一个数，是0还是1，你同意不是注定的吧？
当然，有些人会认为，人跟机器一样，所有的行为都是预先注定的。对于这种“超级决定论”，我们确实是毫无办法，永远不可能证伪它。但是，这种观点过于极端，真心相信它的人很少。而且一旦采取这种立场，就不可能进行科学讨论了，因为无论发生什么都可以认为是预先注定的，那就既不可能证实，也不可能证伪，只是单纯的哲学思辨。因此，如果“死不改悔的走资派”还愿意进行科学探讨，还保留自己认错的可能性，那么他们就应该提出一种他们认可的真随机数发生器——这就是为什么大贝尔实验需要你！
贝尔实验需要大量的随机数，因此需要发动成千上万的志愿者参与，越多越好。有一种基础的网络攻击方式叫做“分布式拒绝服务（DDoS）攻击”，是用许多机器不断地访问攻击对象，让它疲于应对，无法进行其他服务。2016年10月，维基解密的支持者正是用DDos攻击，瘫痪了半个美国的互联网。假如说自由意志漏洞相当于有一个恶意的上帝把所有机器的行为都预先注定了，那么大贝尔实验的思路，就相当于一场对上帝的DDoS攻击！
大贝尔实验是由谁发起的呢？初始倡议者是西班牙的光子科学研究所（ICFO），11月30日全世界有9家研究机构用贝尔员们输入的随机数来做贝尔实验。这些研究机构是：格里菲斯大学量子计算和通信技术中心、昆士兰大学工程量子系统中心、康塞普西翁大学电机系（包括三个子节点林雪平大学电机系、塞尔维亚大学和罗马大学物理系）、中国科学技术大学、光子科学研究所、量子光学和量子信息研究所、慕尼黑大学，尼斯大学凝聚态物理实验室、苏黎世联邦理工学院量子器件实验室。
作为亚洲的代表，中国科学技术大学潘建伟团队参与了大贝尔实验，由张强教授负责。所以，为了中国、为了亚洲，诸位请多多参与哦！
参与大贝尔实验的张强教授实验室
发动群众参与科学实验，这种科学界的“人民战争”或者“大炼钢铁”，其实并不是新生事物。
一个例子是“因特网梅森质数大搜索”（GIMPS）。每一个质数p对应一个梅森数2p - 1，常记为Mp。对于许多质数p，Mp是质数，称为梅森质数。但是，梅森质数是有限多，还是无限多呢？这个问题到现在都没有答案，人们只能不断寻找。到1996年为止，总共发现了34个梅森质数。后来人们推出了GIMPS，这是世界上第一个基于互联网的分布式计算项目。志愿者只要下载一个程序，就能用自己的计算机参与寻找新的梅森质数。通过GIMPS，梅森质数已经扩展到了49个。2016年1月7日，发现了第49个梅森质数274207281 - 1，它是一个22338168位数，——是的，超过2千2百万位。
另一个例子是“公众超新星搜寻项目”（PSP项目），这是由新疆南山县星明天文台和中国虚拟天文台合作开展的，全国各地有数以百计的业余天文爱好者参加。他们每天做的，就是对着电脑中的黑白宇宙图片玩“大家来找茬”，期望看出细微的不同，发现超新星。2015年，合肥市的小学生廖家铭找到了PSP项目的第一颗超新星，10岁零8个月大的廖同学成为全球最年轻的超新星发现者之一。
那么，大贝尔实验这场科学界的人民战争，结果会是什么样呢？量子力学会不会被推翻？不用问，结论肯定是量子力学正确，跟以前那么多次贝尔实验一样……不要在意那些细节！这次实验既有科学意义，也有科普意义，相当于一场科学界的公共关系项目。
还有一点令人“囧囧”有神的是，这次的大贝尔实验克服了自由意志漏洞，局域性漏洞却又回来了……不要在意那些细节！局域性漏洞是因为，所有这些参与者都在地球上，相距太近。跟什么相比太近？跟人产生一次随机数所需的反应时间（大约0.1秒）与光速（每秒30万公里）的乘积（3万公里）相比。地球的半径不到6400公里，所以地球上任意两个人之间的距离不超过12800公里，小于3万公里，这就存在局域性漏洞。这是大致的说法，至于更深层的解释，请看我以后详述贝尔实验原理的文章。如何才能同时克服自由意志漏洞和局域性漏洞呢？地球和月球之间的距离是38万公里，让一个人在地球、一个人在月球就可以。对于中国的载人登月计划，潘建伟团队确实提出了这个实验方案——完美！
大贝尔实验的持续时间是从澳大利亚布里斯班时间的11月30日00：00到美国博尔德时间的11月30日23：59，也就是从北京时间的11月29日晚上10点到12月1日下午3点。
当你看到这篇文章的时候，大贝尔实验已经正式开始了。还等什么，拿起电话订购吧！哦，不是，拿起手机、鼠标参加吧！大型真人网络科学游戏，新服11月30日盛大上线，全球公测，永不删档，登录即送爱因斯坦秘传屠龙宝刀，等着你来！
不转不是地球人！
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背景介绍：此文是应中国科学技术大学宣传部的邀请为大贝尔实验做的宣传。爱因斯坦为科学招人的图片是袁岚峰博士提议的对第二次世界大战期间美国一幅著名的征兵广告的化用，在这里正好非常贴切，因为贝尔实验检验的正是爱因斯坦对量子力学的挑战。感谢中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室张强教授、张文卓博士和清华大学交叉信息研究院尹璋琦博士在科学内容方面的指教。
作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员，科技与战略风云学会会长，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰。
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