最新研究:薛丁格貓的笑容在其身體外遙遠的地方

2020-12-23 量子認知

薛丁格的貓是量子力學的基本思想實驗，這隻貓處於既是死又是活的疊加狀態。

現在，物理學家證明，這隻貓不僅既是死又是活，而且它的笑容或哭相可遠在其身體之外的地方。

你可能見過沒有笑容的貓，但是你肯定沒有見過遠在其身體外的單獨的貓的笑容。

有人可能會問，這是什麼意思？如果我們談論的單純的是貓和它的笑容，這確實很怪異。但是當然，在量子力學裡，所有這些都必須轉換回基本的粒子。這就是說，如果粒子失去了自旋，而它的自旋卻發生在了遠處其它的地方，這就是物理學家所證明的。

這個使人感到新奇的重磅研究結果論文，題為：「反事實量子通信中的非局部性是什麼？」，發表在最近的《物理評論通訊》上。

在介紹這一論文工作前，先介紹一下這篇論文的作者。論文作者亞基爾·阿哈羅諾夫（Yakir Aharonov），著名量子物理學家，1959年他與著名物理學家戴維·玻姆提出阿哈諾夫－波姆效應（Aharonov–Bohm effect），因而一同獲得1998年沃爾夫獎，1993年提出了量子算法重要核心的「量子隨機遊走」這一數學統計模型。

阿哈羅諾夫－玻姆效應是個物理學現象。它證明即使在磁場為零的區域，仍然會存在磁效應，這一效應是量子力學和電動力學發展史上的重要實驗，說明了量子力學的非局域性質。

阿哈羅諾夫－玻姆效應

研究人員表示，「我經常看到沒有笑容的貓，」 「但是沒有見過貓的笑容！這是我一生中看到的最奇怪的事情！」研究人員展示了粒子如何在實驗的一角顯示其臉部而無需在任何地方看到其身體。更準確地說，他們的研究認為信息可以在兩點之間傳遞而無需交換粒子。

設想他們基於其計算的實驗模型，想像一條走廊，一端蓋在鏡門上。在量子物理學中，直到觀察到物體才定義物體，直到看到它為止，門才打開和關閉，這與薛丁格貓的思想實驗一樣。

如果要把微粒送入走廊，那麼它的命運也可能是模糊的，直到知道其行程為止。它會反射和不反射、通過和不通過。這是因為粒子的可能性波具有任何物理波的特徵。有波峰和波谷控制著在某處發現粒子的機會，並且隨時間的演變而變化。

簡單地說，根據物理學家的說法，描述其角動量或自旋的粒子相的一部分應隨反射鏡的打開或關閉狀態而變化。即使粒子本身不應該位於走廊的盡頭，研究人員也發現，動量似乎應該能夠用幽靈的手指觸及緊閉的門，然後再帶回一些信息。

通常不知道粒子會釋放諸如旋轉或帶電之類的東西，讓它們徘徊並影響遙遠的周圍環境，只有面部離開時微笑會保留下來。阿哈羅諾夫對這樣奇幻般的量子物理學荒謬並不陌生。半個多世紀以前，他與著名的理論物理學家戴維·鮑姆合作進行了涉及電磁場粒子非局部影響的分析。

量子物理中一些明顯的「怪異」動作，尚待充分解釋。「糾纏」連接的波可以立即分解為相互關聯的離散粒子，而無論它們相距多遠。

該研究論文的解釋基於一個稱為「模動量」（modular momentum）的概念：模動量的特徵很難在沒有量子場論數學基礎的情況下進行詳細了解。

基本上，不同於經典的動量，模動量在概率波的量子世界中佔有一席之地，因為它們在空間中相互波動並相互幹擾。這不是我們用來描述彈球在機器中如何彈跳的動力。但這是一種動量，它使我們知道如何計算運動的可能性，即使其動作的後果難以想像。

阿哈羅諾夫表示：「儘管量子特性會離開它們的粒子是非常令人驚訝的，但也沒有說什麼都沒有發生，並且效果是那樣令人驚訝。」基本粒子與其特性可以分開，但模塊化的角動量這一屬性始終在變化。

這項基礎的實際意義可能會在將來的物理實驗和工程師手中掌握。阿哈羅諾夫表示，這一研究分析旨在解決粒子在局部作用的含義這一重要概念，這意味著粒子的性質，例如薛丁格貓的笑容，有時可能比其身體的下落更為重要。

參考：What is nonlocal in counterfactual quantum communication?,Physical Review Letters,https://journals.aps.org/prl/accepted/c3076Y6bI091ec55f9465bc9200223328b0ab042b

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