現(xiàn)實(shí)的兩個(gè)版本能同時(shí)存在嗎？物理學(xué)家們說他們可以做到：也就是說，在量子水平上。研究人員最近進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，以回答一個(gè)存在了幾十年的現(xiàn)實(shí)的理論物理學(xué)問題。這個(gè)棘手的思維實(shí)驗(yàn)表明，觀察同一個(gè)光子的兩個(gè)人可能對光子狀態(tài)得出不同結(jié)論——然而兩個(gè)觀察結(jié)果都是正確的。
科學(xué)家們第一次復(fù)制了思維實(shí)驗(yàn)中描述的條件，研究結(jié)果發(fā)表在《arXiv》上，證實(shí)了即使觀察者在同一個(gè)光子中描述了不同狀態(tài)，這兩個(gè)相互矛盾的事實(shí)也可能是真實(shí)的。
博科園-科學(xué)科普：奧地利因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理系博士后Martin Ringbauer說：可以驗(yàn)證這兩種說法。這個(gè)令人困惑的想法是1963年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主阿爾弗雷德·維格納的主意。1961年，維格納引入了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來被稱為“維格納的朋友”。它始于光子，當(dāng)一個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的觀察者測量光子時(shí)，發(fā)現(xiàn)粒子的偏振（旋轉(zhuǎn)軸）要么是垂直的，要么是水平的。然而，在光子被測量之前，光子同時(shí)顯示兩種偏振，這是由量子力學(xué)定律決定，它存在于兩種可能狀態(tài)的“疊加”中。
一旦實(shí)驗(yàn)室里的人測量了光子，粒子就會(huì)呈現(xiàn)出固定的偏振。但是對于那些不知道測量結(jié)果，在封閉實(shí)驗(yàn)室外的人來說，未測量的光子仍然處于疊加狀態(tài)。因此，局外人的觀察（他們的現(xiàn)實(shí)）與實(shí)驗(yàn)室中測量光子的人的現(xiàn)實(shí)有所不同。然而，根據(jù)量子力學(xué)，這兩種相互矛盾的觀測結(jié)果都被認(rèn)為是正確的。幾十年來，維格納令人費(fèi)解的提議只是一個(gè)有趣的思維實(shí)驗(yàn)。但近年來，物理學(xué)的重大進(jìn)展終于使專家們能夠?qū)S格納的提議進(jìn)行測試。需要理論上的進(jìn)步，以一種可測試的方式來表述這個(gè)問題。
然后，實(shí)驗(yàn)方面需要量子系統(tǒng)控制方面的發(fā)展來實(shí)現(xiàn)類似的東西。林堡爾和同事們用一個(gè)更加嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證維格納的原始想法，這個(gè)實(shí)驗(yàn)使情況加倍。他們指定了兩個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的“實(shí)驗(yàn)室”，并引入了兩對糾纏光子，這意味著它們的命運(yùn)是相連的，因此知道其中一種光子的狀態(tài)，就會(huì)自動(dòng)告訴你另一種光子的狀態(tài)(裝置中的光子是真實(shí)的）。場景中的“四個(gè)人”——“愛麗絲”、“鮑勃”和各自的“朋友”——都不是真實(shí)存在的，而是實(shí)驗(yàn)的觀察者。
愛麗絲和鮑勃的兩個(gè)朋友分別位于各自實(shí)驗(yàn)室的“內(nèi)部”，他們每人測量了一對糾纏態(tài)光子。這就打破了糾纏，使疊加坍塌，這意味著他們測量的光子處于一定的偏振狀態(tài)，將結(jié)果記錄在量子存儲器中——在第二個(gè)光子的偏振下復(fù)制。愛麗絲和鮑勃當(dāng)時(shí)“在”封閉的實(shí)驗(yàn)室之外，他們被要求做出兩種選擇來進(jìn)行自己的觀察。他們可以測量朋友們存儲在量子存儲器中的結(jié)果，從而得出關(guān)于偏振光子的相同結(jié)論，但他們也可以在糾纏光子之間進(jìn)行自己的實(shí)驗(yàn)。
在這個(gè)被稱為干涉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，如果光子以波的形式運(yùn)動(dòng)，并且仍然以狀態(tài)疊加的形式存在，那么Alice和Bob就會(huì)看到一個(gè)典型的光條紋和暗條紋，其中光波的波峰和波谷相加或相互抵消。如果粒子“選擇”了它們的狀態(tài)，你會(huì)看到與沒有“選擇”時(shí)不同的模式。維格納此前曾提出，這將揭示光子仍然處于糾纏態(tài)。這項(xiàng)新研究的作者發(fā)現(xiàn)，即使在他們的雙重假設(shè)下，維格納所描述的結(jié)果仍然成立，根據(jù)這項(xiàng)研究，愛麗絲和鮑勃可以得出關(guān)于光子的正確和可證明的結(jié)論。
這些結(jié)論與他們朋友的觀測結(jié)果不同，但仍然是正確和可證明的。量子力學(xué)描述了世界是如何在如此小的尺度下運(yùn)行，以至于物理學(xué)的常規(guī)規(guī)則不再適用，林鮑爾說：幾十年來，研究這一領(lǐng)域的專家對這一現(xiàn)象的含義給出了多種解釋。然而，如果測量本身不像這些新發(fā)現(xiàn)所表明的那樣是絕對的，那就挑戰(zhàn)了量子力學(xué)的真正意義。與經(jīng)典物理學(xué)相比，測量結(jié)果似乎不能被認(rèn)為是絕對真理，但必須相對于進(jìn)行測量的觀察者來理解，所量子力學(xué)故事必須適應(yīng)這一點(diǎn)。
博科園-科學(xué)科普｜文: Mindy Weisberger/Live Science
參考期刊文獻(xiàn):《arxiv》
cite: arxiv: 1902.05080
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