量子悖論指向現實的不穩定基礎

將近60年前，諾貝爾物理學獎獲得者尤金·威格納（Eugene Wigner）在一項思想實驗中捕捉到了量子力學的眾多奇特之一。他想像著他的一個朋友，被密封在實驗室裡，在維格納站在外面時測量諸如原子之類的粒子。著名的量子力學允許粒子同時佔據多個位置（所謂的疊加），但是朋友的觀察使粒子「塌陷」到一個點。但是對於維格納來說，疊加仍然存在：崩潰只有在他稍後某個時間進行測量時才會發生。更糟糕的是，維格納還看到朋友處於疊加狀態。他們的經驗直接衝突。

現在，澳大利亞和臺灣的研究人員也許最清楚地證明了維格納悖論是真實的。在本周發表在《自然物理學》上的一項研究中，他們將思想實驗轉化為一個數學定理，該定理確認了方案核心的不可調節矛盾。該團隊還使用光子作為人類的代理，通過實驗測試了該定理。維格納認為解決這一悖論需要量子力學能夠打破諸如人類觀察者之類的大型系統，而一些新研究的作者則認為，根本性的東西也像薄冰一樣：客觀性。這可能意味著沒有絕對的事實，對我和對你都是如此。

「這有點令人不安，」格裡菲斯大學的合著者娜拉·蒂施勒（Nora Tischler）說。「測量結果是科學的基礎。如果這不是絕對的，那就很難想像了。」

洛桑大學的物理學家兼哲學家達斯汀·拉扎羅維奇（Dustin Lazarovici）說，對於那些把維格納（Wigner）這樣的思想實驗當作解釋性的肚臍注視而不予考慮的物理學家，該研究表明矛盾可能會出現。他說：「本文竭盡全力說出那些只想討論一些根本性問題的人的語言，從而可能迫使至少一些人直面這些問題。」

近年來，維格納的思想實驗受到了新的關注。2015年，維也納大學的ČaslavBrukner測試了最直觀的方法來解決這一悖論：實際上，實驗室中的朋友已經在一處或另一處看到了粒子，而Wigner只是不知道那是什麼。 。用量子論的術語來說，朋友的結果是一個隱藏變量。

布魯克納在他自己的思想實驗中排除了這個結論，他使用了一種基於量子糾纏的技巧，將隱藏的變量公開化。他設想建立兩個對的維格納配對，並給每個粒子一個與其伴侶糾纏在一起的粒子，以使它們的屬性在測量時相互關聯。每個朋友測量粒子，每個維格納測量朋友的粒子，然後兩個維格納比較音符。重複該過程。如果朋友看到明確的結果（您可能會懷疑），維格納斯自己的發現將僅顯示出弱的相關性。但是相反，他們發現了強相關性的模式。「您遇到矛盾，」布魯克納說。

但是在2018年，亞利桑那大學物理學哲學家理察·希利（Richard Healey）指出了布魯克納的思想實驗中的一個漏洞，蒂舍爾和她的同事們現已關閉了這一漏洞。在他們的新方案中，他們做出了四個假設。一個是朋友獲得的結果是真實的：它們可以與其他度量結合起來以形成共享的知識語料庫。他們還假設量子力學是普遍的，對觀察者和對粒子一樣有效。觀察者所做的選擇沒有因上帝般的超決定論而引起的特殊偏見；並且物理學是局部的，除了最有限形式的「怪異動作」，在遠處都沒有。

然而，他們的分析表明，維格納悖論的矛盾仍然存在。該團隊的桌面實驗（在實驗中他們創建了糾纏的光子）也支持了這一悖論。光學元件將每個光子控制在一條取決於其極化的路徑上：這相當於朋友們的觀察結果。然後，光子進入扮演維格納角色的第二組元素和探測器。團隊再次發現，朋友和維格納夫婦之間的不可調和不匹配。而且，它們精確地改變了粒子的糾纏程度，並表明與Brukner的情形不同，這種失配是在不同的條件下發生的。「這表明我們確實在這裡有了新的東西，」蒂施勒說。

它還表明必須給出四個假設之一。很少有物理學家認為超定論可能是罪魁禍首。有些人將局域性視為薄弱點，但它的失敗將是顯而易見的：一個觀察者的動作甚至在很遠的距離內都會影響另一人的結果-一種比量子理論家通常認為的類型更強的非局域性。因此，有人質疑觀察者可以憑經驗匯總其測量結果的宗旨。「一個觀察者有事實，另一觀察者有事實；研究的合著者和格裡菲斯物理學家霍華德·懷斯曼（Howard Wiseman）建議。這是一種激進的相對主義，至今仍令許多人感到震驚。布宜諾斯艾利斯大學物理學哲學家奧林匹亞·倫巴第（Olimpia Lombardi）說：「從經典的角度來看，每個人看到的東西都被認為是客觀的，獨立於其他任何人看到的東西。」

然後，維格納得出結論，量子力學本身就崩潰了。在這些假設中，通過對量子力學進行更大範圍探索的實驗，它是最可直接測試的。格裡菲斯的另一位合著者埃裡克·卡瓦爾坎蒂（Eric Cavalcanti）說，但是一個無法在分析中倖存下來的職位是沒有職位。他說：「大多數物理學家都認為：&39; 「他們將很難過。」

資料來源：物理學期刊

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