研究發現其實你所看到的現實可能存在兩個版本!而且都正確!

2020-12-05 遨遊世界科學

我們知道,每個人看一件事物都會有不同的觀點,也會有錯誤和正確!但是根據量子力學,對同一實相的不同觀測(以光子為單位)可能都是正確的。

那麼現實的兩個版本能同時正確存在嗎?物理學家們說在量子水平上,他們可以做到!

研究人員最近進行了一些實驗,以回答一個存在了幾十年的關於決鬥現實的理論物理學問題。這個棘手的思維實驗表明,觀察同一個光子的兩個人可能對光子的狀態得出不同的結論,而且他們的兩個觀察結果都是正確的。

科學家們第一次複製了思維實驗中描述的條件。他們的研究結果證實了即使觀察者在同一個光子中描述了不同的狀態,這兩個相互矛盾的事實也可能是真實的。

其實這個令人困惑的想法是1963年諾貝爾物理學獎得主尤金·維格納的主意。1961年,維格納引入了一個思想實驗,這個實驗後來被稱為「維格納的朋友」。說起維格納的朋友,就不得不提起薛丁格的貓,大家都知道薛丁格的貓是薛丁格關於量子理論的一個理想實驗,薛丁格貓的概念提出是為了解決愛因斯坦的相對論所帶來的祖母悖論,即平行宇宙之說。 而維格納的朋友就是在薛丁格的貓的基礎上加一個活人進去 就是說意識可以作用於外部世界。

這個實驗始於光子,即光的粒子,當一個獨立實驗室的觀察者測量光子時,他們發現粒子的偏振,即它旋轉的軸要麼是垂直的,要麼是水平的。然而,在光子被測量之前,光子同時顯示兩種偏振,這是由量子力學定律決定的,它存在於兩種可能狀態的「疊加」中。一旦實驗室裡的人測量了光子,粒子就會呈現出固定的偏振。但是對於那些不知道測量結果的封閉實驗室外的人來說,未測量的光子仍然處於疊加狀態。

因此,局外人的觀察,他們的現實與實驗室中測量光子的人的現實有所不同。然而,根據量子力學,這兩種相互矛盾的觀測結果都被認為是正確的。

幾十年來,維格納令人費解的提議只是被當作一個有趣的思維實驗。但近年來,物理學的重大進展終於使專家們能夠對維格納的提議進行測試。因為我們可以以一種可測試的方式來表述這個問題,而且實驗方面需要量子系統控制方面的發展來實現類似的東西。科學家用了一個更加嚴格的實驗來驗證維格納的原始想法,這個實驗室情況加倍。他們指定了兩個進行實驗的「實驗室」,並引入了兩對糾纏光子,這意味著它們的命運是相連的,因此知道其中一種光子的狀態,就會自動告訴你另一種光子的狀態。而且裝置中的光子是真實的,場景中的「四個人」——「愛麗絲」、「鮑勃」和各自的「朋友」——都不是真實存在的,而是實驗的觀察者。

愛麗絲和鮑勃的兩個朋友分別位於各自實驗室的「內部」,他們每人測量了一對糾纏態光子。這就打破了糾纏,使疊加狀態坍塌,這意味著他們測量的光子處於一定的偏振狀態。他們將結果記錄在量子存儲器中——在第二個光子的偏振下複製。

愛麗絲和鮑勃當時「在」封閉的實驗室之外,他們被要求做出兩種選擇來進行自己的觀察。他們可以測量朋友們存儲在量子存儲器中的結果,從而得出關於偏振光子的相同結論。

但他們也可以在糾纏光子之間進行自己的實驗。在這個被稱為幹涉實驗的實驗中,如果光子以波的形式存在,並且仍然以疊加態的形式存在,那麼愛麗絲和鮑勃將看到一個有特色的光和暗條紋圖案,光波的波峰和波谷相加或相互抵消。如果粒子已經「選擇」了它們的狀態,你會看到一種不同於它們沒有的模式。維格納先前提出,這表明了光子仍然處於糾纏狀態。

這項新研究發現,即使在他們的雙重假設下,維格納所描述的結果仍然成立。根據這項研究,愛麗絲和鮑勃可以得出關於光子的正確和可證明的結論,這些結論與他們朋友的觀測結果不同,但仍然是正確和可證明的。

量子力學描述了世界是如何在如此小的尺度下運行的,以至於物理學的常規規則不再適用。幾十年來,研究這一領域的專家對這一現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現所表明的那樣是絕對的,那麼量子力學的真正意義將受到巨大的挑戰!

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