2017-09-26 01:58:00
今天《观察者网》的科技编辑又来信发问，刚好问到一些我仔细思考过的话题，尤其是如何创造研究热点，所以洋洋洒洒地写了一长篇回復。我也不知道他会不会用，但是这些讨论对这个部落格的读者来説，应该是合适的，所以先登在这里了。
《观察者网》问：
1今年中国大陆发射了量子卫星，量子力学的非定域性再次得到无漏洞验证，具体报导见（http://www.guancha.cn/industry-science/2017_06_17_413719.shtml）
附件http://blog.sciencenet.cn/blog-212815-1071359.html是一直致力于批评潘建伟实验的北京大学王国文的文章，意思似乎是，引入潜波变量诠释量子论和波函数，贝尔实验也被否定了。
以我有限的了解，贝尔实验的检验和量子论非定域性已经是被主流物理肯定的，虽然波函数坍缩理论很不完美，王国文这样重新解释波函数真的能消解贝尔不等式吗？
2 Wilczek提出的“时间晶体”的概念，近年来很火，但也有很多争议。似乎概念的含义本身也没有统一，许多说找到了“时间晶体”的实验，算不算王先生所说的迎合热点，追救护车？
我的回答：
首先，你提到的那篇有关“量子卫星”的文章，引用自《墨子沙龙》（大概源自墨子卫星的团队），内容是完全错误的。
量子力学是量子力学，哥本哈根解释是哥本哈根解释；两者是独立的理论，甚至不在同一个学科里：前者是实验可以验证的，所以是物理，后者则是对前者的逻辑解释，属于物理数学。爱因斯坦的确对前者和后者都有质疑，但是我们不应该像《墨子沙龙》那样把两个分别的反对意见混为一谈。
爱因斯坦对哥本哈根解释的不满，原因很简单，就是哥本哈根解释甚至无法有数学意义上的定义：“观察者”（和《观察者网》无关）是什么？“观察”是什么？“实验”是什么？“测量”是什么？它们和宇宙日常运行的其他无数个事件有什么不同？所以哥本哈根解释在逻辑上根本就没有一个结构可以讨论。正确的理论是量子去相干，这在30年前欧美的物理数学界就已经确定，但是因为是个冷门题目，没有很多论文发表，而且不是发表在“主流”物理期刊上，中国物理界似乎只有极少数人注意到。
至于爱因斯坦在那篇EPR论文中对量子力学本身的质疑，则完全是另外一回事。从量子力学创立之初，就有实验暗示着非局部性（Non-locality，也有翻成“非定域性“），但是局部性却是爱因斯坦推导相对论的基本假设之一（做物理专业的人，可以仔细想想Equivalence Principle的设定条件是什么？两个”局部“的系统...），虽然相对论本身和量子力学的非局部性可以勉强达成共存，亦即后者不能以超光速传递信息或能量，但是为什么会有这样的逻辑衝突，为什么一个勉强的共存会存在，却不是爱因斯坦这种有严谨逻辑思维习惯和能力的人，会愿意像波尔那样，草率放到一边的。
爱因斯坦的那篇EPR论文，就是为了解决相对论和量子力学的非局部性之间的逻辑衝突，所做的一个尝试。他的出发点当然是前者，所以假设后者只是一个假象，来自量子力学内部的未知结构；也就是，比量子力学更基本一层的理论应该是服从局部性的。贝尔后来也考虑了这个问题，认为爱因斯坦的假设是错的，写下了他的定理，然后后世的实验一而再，再而三地证实了贝尔的想法。换句话说，量子力学的非局部性是Irreducible（无可简化的）。《墨子沙龙》里，把这称为哥本哈根解释的胜利，真正是莫名其妙。就算他们忘记哥本哈根解释不是物理，先天就不可能用实验证实或证偽，也该知道玻尔根本就懒得讨论非局部性和相对论之间的衝突，更对非局部性能否被简化完全无感。贝尔则和爱因斯坦一样，知道哥本哈根解释是个胡扯，他相信的是与之敌对的Bohmian Mechanics。《墨子沙龙》的作者如此颠倒黑白，张冠李戴，用句中国常见的玩笑话来说，能压得住贝尔祖师爷的棺材板吗？
我称贝尔为祖师爷，是有道理的。现在流行的所谓“量子通信”，其实就是贝尔实验把两个粒子的距离拉开到几百或几千公里的成果。在有这个工业应用之前的几十年里，潘建伟这样的人都会被称为贝尔实验的专家。专门做了一辈子的贝尔实验，却始终没有去读懂贝尔的着作，以致至今仍然相信哥本哈根解释，是件非常非常奇怪的事情。
至于王国文的文章，讨论的是Bohmian Mechanics的一个引申，也就是把点粒子换成波包。这似乎是最近两三年的一个新尝试，我以前没有注意到，王国文也没有列举这个新理论的出处和任何参考资料，所列的参考文献都是早年量子力学的经典着作。他文章中提到的泽亚。梅拉利（参见https://www.nature.com/news/quantum-physics-what-is-really-real-1.17585）其实并不是牛津大学的教授，而是英国媒体界的一个科普作家，那篇《Nature》的文章，也不是专业论文，而是介绍牛津的Owen Maroney团队的一个关于Bohmian Mechanics（王国文把它叫做德布罗意理论，其实是同一件事，Bohm继承了de Broglie的思路而完善之）实验（也就是观察BM的数学模型在巨观系统下的一个体现，逻辑上来说并不能证实或证偽BM，然而BM原本就是物理数学而不是物理）的新闻稿。不过除了前述无关宏旨的一些小毛病，他文章的主轴，也就是对贝尔实验的诠释，遵循爱因斯坦 - de Broglie-Bohm-贝尔一系的正统思想，没有什么可争议的。
我对他所解释的那个Bohmian Mechanics的引申，很有兴趣，会继续找资料来做深入了解。这是因为王国文宣称把点粒子换成波包之后，就可以直接相对论化。Bohmian Mechanics唯一的大缺点就在于不能与量子场论相容；过去60多年，一直有人努力不懈地钻研这个冷门的题目，想要突破这个难关。把点粒子换成波包，对我来说，是一个很有潜力的点子，有可能会让BM和相对性量子力学（量子场论又更复杂）相容，那么或许就能解答前面提到的为什么相对论本身和量子力学的非局部性可以勉强达成共存的难题。
BM本身就是显性的非局部（Explicitly Non-local），所以它的引申也同样地会有显性的非局部性。BM解释贝尔实验不但是小菜一碟，而且原本就是贝尔自己用的理论。贝尔实验证偽的，不是潜变量（Hidden Variables），而是爱因斯坦的EPR论文里面假想的遵守局部性的潜变量理论。
话题转到Frank Wilczek。他所发明的这个所谓“时间晶体”（Time Crystals），其实只不过是一个周期稳定的多体系统，就像地球绕着太阳转，也是周期性的多体系统，但是在微观尺度下，因为量子效应，就有可能自我稳定，能抗拒一点扰动。如果我们诚实地只把它叫做“周期稳定的多体系统”（Periodically Stable Multibody System，PSMS），那么它因为没有任何实用性，而且听起来像是PMS（Post Menstrual Syndrome，月经后症候群），就会理所当然地无人理睬，沦为千千万万个冷门的项目之一。
事实上，如果和上周我们谈过的杨政寧被PRL拒稿的论文相比，杨先生所讨论的一维多体系统，不但给出了详细的确解，而且在数学上也有广泛的可能应用，照理说应该比时间晶体重要而且热门多了。那么，为什么实际现象是刚好相反的呢？
除了Wilczek的朋友门徒眾多，在美国物理界的政治能量远高于现在的杨先生之外，他为自己论文所取的“时间晶体”这个名字，真正是行销学里的经典之作。虽然没有什么深刻的内涵，而且Wilczek自己只不过是笼统地做了个提议，不但没有做出详解，而且连有什么限制和性质都必须等其他人研究出来，例如后续的研究才发现时间晶体不可能处于平衡态（Equilibrium）。但是晶体正是整个凝态物理一贯的核心研究对象，人人都熟悉；而从空间扯到时间则暗示着凝态物理也可以搞相对论了，所以光是这个名字就极为高大上，一看就是热门流行的品牌。更妙的是，只须要把凝态物理既有的技巧从空间转到时间，真正是任何一个专家（爱因斯坦对专家的定义是训练有素的狗）都不费什么心思就可以出论文的题目。
有了响亮的品牌名称和基本盘（即Wilczek的朋友门徒），一个新產品要成功，只需要有初始的市场能量（Market Momentum）。在这方面，Wilczek自己什么真正的研究也没做，就反而是关键了。正是因为真正的研究完全没有开始，随便一搞一大堆成果，所以论文特别容易写。一旦大家被吸引进来，又自然有网络效应，保证互相引用（Citations）数量极大。这样一来行销的能量就会自行累积，很快成为现象级的產品。我在前一阵子讨论有关“天使粒子”的炒作，其实那些人背后的考虑也是一样的，只不过那个名字太牵强，宗教意味太浓，反而对行内人没有吸引力；再加上出论文还不到时间晶体这么容易，所以虽然也搞了起来，热度就差了一个数量级。如果像杨先生那样，喜欢在一篇论文内就涵括所有可能做的出来的研究结果，那么除非他刚好解答了一个古老的极为困难又极大的问题（例如Yang-Mills），后续论文数量自然很接近零，引用的数量也不会太多，结果就只能是冷门中的冷门。
所以Frank Wilczek成功而杨振寧失败的关键，就在于后者只懂得做科学研究，而前者却是当代物理界自我炒作、建立品牌方面的绝对大师。Wilczek不但和杨先生一样有诺贝尔奖，而且他是古今中外、独一无二、绝无仅有、独步天下的高中科学展全国金牌奖（美国的原本叫做西屋科学展，后来改由Intel资助）兼诺贝尔物理奖双料得主。这些科学展每年都有金牌奖得主宣称已经治愈癌症，或者解决全球暖化，或者能提供无限廉价而清洁的能源等等，但是他们一旦拿着奖牌进了大学，就从来没有任何一个研究结果真正进入人类社会。换句话说，这些科学展评比的，不是研究本身，而是如何炒作假大空的研究结果。所以Wilczek的确有世界级的过人天赋，从小就在自我炒作方面脱颖而出。
这些科学展金牌奖得主不但高中时代的研究结果没有下文，而且后来也不可能自己做出诺贝尔奖级别的创新。那么Wilczek的诺贝尔物理奖是怎么来的呢？他21岁那年，刚进研究所不久，拿着科学展金牌奖得主的光环，得以成为名教授David Gross的学生。当Gross证明Yang-Mills方程式可以產生强作用力的已知特性，从而确立QCD为标准模型的一部分时，他自然成为第二作者。也就是他运气极佳；若是早五年或晚五年生，David Gross的学生和第二作者就会是另一个人，Wilczek也就不可能得诺贝尔奖了。这样的运气当然是罕见的；而且近年的Intel科学展金牌奖得主在进了名校（一般是Stanford或MIT）之后，往往很诚实地转行学商，准备到硅谷去创业。如此一来，要有后辈重复Wilczek的双料得奖，可能性就越来越低。
你所怀疑的，时间晶体是迎合热点的一个例子，不但正确，而且它其实是创造热点的经典范例，商学院应该把它列入教科书才对。不过，当理学院的大师搞的其实是商学院的高招时，他们出版的研究结果自然就很可疑了。我最早是在高能物理注意到这类运作（Wilczek也是高能物理出身的）：这样的教授通常广收门徒，以便结党成派；在做Brainstorming时，讨论也会非常关注如何，1）为题材选择响亮的名字，和2）留下空檔，以方便后续论文发表。30年下来，高能物理不这么干的都退了，只剩下这些职业政治家兼营销大师当权；与此同时，整个领域的实际进展也完全停滞，从科学转化为玄学。我不能确定，这两个现象，那个是因，那个是果，但是凝态物理现在也开始转变为营销专业户，这对整个行业来说，不可能是个好现象。
【后注】Bell定理其实还有一个逻辑上的小漏洞，是John Bell自己在1977年讨论过的；有兴趣者，请自行搜寻他的论文《Free Variables And Local Causality》。简单来説，就是逻辑上不能完全排除整个宇宙的歷史都是环环相扣的可能性，也就是我们直觉认为是明显独立的不同随机事件，其实可能在最深的理论层次都是连锁的，那么实验仪器的设定（例如量子通讯里的偏光方向）就不是真正的随机。不过这个可能性实在是太牵强，只有一点数学上的意义，Bell认为没有追究的必要；我也同意。