我们对物理系统的描述总是相对于某个参考系进行的。例如在火车站台上有一个跳动的球，我们既可以从站台本身的参考系对它进行观察，也可以从一列经过的火车的参考系对它进行观察。
广义协变性原理是物理学中的一个基本原理，它说的是：描述球的运动的物理学定律不依赖于观察者所在的参考系。无论观察者是在运动的火车里还是站台上，都使用相同的物理学定律来描述站台上的球，也就是说，物理学定律与参考系的选择无关。
自伽利略以来，这个原理一直是描述运动的关键。同时，它也是爱因斯坦相对论的发展的核心。它包含的信息是，从不同参考系观察到的物理学定律具有对称性。
另一方面，参考系也是物理系统，它们最终也都需要遵循量子力学规律。因此有物理学家好奇：我们能否从一个“依附”在量子粒子上的观察者的视角来制定物理学定律，从而引入一个量子参考系呢？
对此问题感兴趣的有维也纳大学的物理学教授Časlav Brukner和他的研究团队。在一篇近期发表于《自然-通讯》的论文中，他们证明了，任何量子系统都可被视为一个量子参考系。
○ 量子特征，如量子叠加，只有在相对于观察者时才有定义。当我们从站在站台上的观察者的视角看火车时，火车看起来是不同位置的量子叠加。图中用多个模糊的幻影表示叠加态。| 图片来源：Christian Murzek/IQOQI-Vienna
以火车和站台这两个参考系为例，它们都是遵循量子力学规律的物理系统，可以同时处于不同位置的叠加量子态。当火车上的观察者看到站台同时处于不同位置的叠加状态时，站台上的观察者看到火车也处于叠加状态。因此，像球这样的物体是表现出量子性质还是经典性质，取决于观察者所在的参考系。而协变性原理可以推广到这类量子参考系。这意味着，物理学定律的形式可独立于量子参考系的选择。
○ 然而，坐在火车上的观察者则看到，站台上的观察者和球处于量子叠加状态。| 图片来源：Christian Murzek/IQOQI-Vienna
论文的第一作者Flaminia Giacomini表示：“我们的研究结果表明，世界的对称性必须在更基本的层面上得到扩展。”量子力学和引力的相互作用仍然是一个有待探索的领域。科学家认为，在这个领域中，经典的参考系概念将是不够的，参考系必须从根本上是量子的。
而这个新的洞见有望在这一领域发挥作用。
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发表于 2019-2-1 05:53
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