• 注册
  • 太空探索 太空探索 关注:315 内容:310

    在量子物理学中,不止一种现实存在!

  • 查看作者
  • 打赏作者
  • 当前位置: 博科园 > 太空航天 > 太空探索 > 正文
    • 太空探索
    • Lv.18人类
      VIP4博科园 VIP
      8周年🎂

      现实的两个版本能同时存在吗?物理学家们说他们可以做到:也就是说,在量子水平上。研究人员最近进行了一些实验,以回答一个存在了几十年的现实的理论物理学问题。这个棘手的思维实验表明,观察同一个光子的两个人可能对光子状态得出不同结论——然而两个观察结果都是正确的。

      (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

      科学家们第一次复制了思维实验中描述的条件,研究结果发表在《arXiv》上,证实了即使观察者在同一个光子中描述了不同状态,这两个相互矛盾的事实也可能是真实的。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      博科园-科学科普:奥地利因斯布鲁克大学实验物理系博士后Martin Ringbauer说:可以验证这两种说法。这个令人困惑的想法是1963年诺贝尔物理学奖得主阿尔弗雷德·维格纳的主意。1961年,维格纳引入了一个思想实验,这个实验后来被称为“维格纳的朋友”。它始于光子,当一个独立实验室的观察者测量光子时,发现粒子的偏振(旋转轴)要么是垂直的,要么是水平的。然而,在光子被测量之前,光子同时显示两种偏振,这是由量子力学定律决定,它存在于两种可能状态的“叠加”中。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      • 根据量子力学,对同一实相的不同观测(以光子为单位)可能都是正确的。图片:Shutterstock

      一旦实验室里的人测量了光子,粒子就会呈现出固定的偏振。但是对于那些不知道测量结果,在封闭实验室外的人来说,未测量的光子仍然处于叠加状态。因此,局外人的观察(他们的现实)与实验室中测量光子的人的现实有所不同。然而,根据量子力学,这两种相互矛盾的观测结果都被认为是正确的。几十年来,维格纳令人费解的提议只是一个有趣的思维实验。但近年来,物理学的重大进展终于使专家们能够对维格纳的提议进行测试。需要理论上的进步,以一种可测试的方式来表述这个问题。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      然后,实验方面需要量子系统控制方面的发展来实现类似的东西。林堡尔和同事们用一个更加严格的实验来验证维格纳的原始想法,这个实验使情况加倍。他们指定了两个进行实验的“实验室”,并引入了两对纠缠光子,这意味着它们的命运是相连的,因此知道其中一种光子的状态,就会自动告诉你另一种光子的状态(装置中的光子是真实的)。场景中的“四个人”——“爱丽丝”、“鲍勃”和各自的“朋友”——都不是真实存在的,而是实验的观察者。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      爱丽丝和鲍勃的两个朋友分别位于各自实验室的“内部”,他们每人测量了一对纠缠态光子。这就打破了纠缠,使叠加坍塌,这意味着他们测量的光子处于一定的偏振状态,将结果记录在量子存储器中——在第二个光子的偏振下复制。爱丽丝和鲍勃当时“在”封闭的实验室之外,他们被要求做出两种选择来进行自己的观察。他们可以测量朋友们存储在量子存储器中的结果,从而得出关于偏振光子的相同结论,但他们也可以在纠缠光子之间进行自己的实验。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      在这个被称为干涉实验实验中,如果光子以波的形式运动,并且仍然以状态叠加的形式存在,那么Alice和Bob就会看到一个典型的光条纹和暗条纹,其中光波的波峰和波谷相加或相互抵消。如果粒子“选择”了它们的状态,你会看到与没有“选择”时不同的模式。维格纳此前曾提出,这将揭示光子仍然处于纠缠态。这项新研究的作者发现,即使在他们的双重假设下,维格纳所描述的结果仍然成立,根据这项研究,爱丽丝和鲍勃可以得出关于光子的正确和可证明的结论。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      这些结论与他们朋友的观测结果不同,但仍然是正确和可证明的。量子力学描述了世界是如何在如此小的尺度下运行,以至于物理学的常规规则不再适用,林鲍尔说:几十年来,研究这一领域的专家对这一现象的含义给出了多种解释。然而,如果测量本身不像这些新发现所表明的那样是绝对的,那就挑战了量子力学的真正意义。与经典物理学相比,测量结果似乎不能被认为是绝对真理,但必须相对于进行测量的观察者来理解,所量子力学故事必须适应这一点。

      在量子物理学中,不止一种现实存在!

      博科园-科学科普|文: Mindy Weisberger/Live Science

      参考期刊文献:《arxiv》

      ​cite: arxiv: 1902.05080

      博科园-传递宇宙科学之美

      (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

      左下角【了解更多】下载博科园app

    • 生成海报
    • 请登录之后再进行评论

      登录

      赞助商

    • 相互支持,合作共赢 Win-Win Cooperation

      邀请好友加入【博科园】有奖励啦♪

    • 实时动态
    • 任务
    • 偏好设置(换皮肤)
    • 到底部
    • 帖子间隔 侧栏位置:
      关闭窗口
      下载海报