现实的两个版本能同时存在吗？物理学家们说他们可以做到：也就是说，在量子水平上。研究人员最近进行了一些实验，以回答一个存在了几十年的现实的理论物理学问题。这个棘手的思维实验表明，观察同一个光子的两个人可能对光子状态得出不同结论——然而两个观察结果都是正确的。科学家们第一次复制了思维实验中描述的条件，研究结果发表在《arXiv》上，证实了即使观察者在同一个光子中描述了不同状态，这两个相互矛盾的事实也可能是真实的。
博科园-科学科普：奥地利因斯布鲁克大学实验物理系博士后Martin Ringbauer说：可以验证这两种说法。这个令人困惑的想法是1963年诺贝尔物理学奖得主阿尔弗雷德·维格纳的主意。1961年，维格纳引入了一个思想实验，这个实验后来被称为“维格纳的朋友”。它始于光子，当一个独立实验室的观察者测量光子时，发现粒子的偏振（旋转轴）要么是垂直的，要么是水平的。然而，在光子被测量之前，光子同时显示两种偏振，这是由量子力学定律决定，它存在于两种可能状态的“叠加”中。
一旦实验室里的人测量了光子，粒子就会呈现出固定的偏振。但是对于那些不知道测量结果，在封闭实验室外的人来说，未测量的光子仍然处于叠加状态。因此，局外人的观察（他们的现实）与实验室中测量光子的人的现实有所不同。
然而，根据量子力学，这两种相互矛盾的观测结果都被认为是正确的。几十年来，维格纳令人费解的提议只是一个有趣的思维实验。但近年来，物理学的重大进展终于使专家们能够对维格纳的提议进行测试。需要理论上的进步，以一种可测试的方式来表述这个问题。
然后，实验方面需要量子系统控制方面的发展来实现类似的东西。林堡尔和同事们用一个更加严格的实验来验证维格纳的原始想法，这个实验使情况加倍。他们指定了两个进行实验的“实验室”，并引入了两对纠缠光子，这意味着它们的命运是相连的，因此知道其中一种光子的状态，就会自动告诉你另一种光子的状态(装置中的光子是真实的）。场景中的“四个人”——“爱丽丝”、“鲍勃”和各自的“朋友”——都不是真实存在的，而是实验的观察者。
爱丽丝和鲍勃的两个朋友分别位于各自实验室的“内部”，他们每人测量了一对纠缠态光子。这就打破了纠缠，使叠加坍塌，这意味着他们测量的光子处于一定的偏振状态，将结果记录在量子存储器中——在第二个光子的偏振下复制。爱丽丝和鲍勃当时“在”封闭的实验室之外，他们被要求做出两种选择来进行自己的观察。他们可以测量朋友们存储在量子存储器中的结果，从而得出关于偏振光子的相同结论，但他们也可以在纠缠光子之间进行自己的实验。
在这个被称为干涉实验实验中，如果光子以波的形式运动，并且仍然以状态叠加的形式存在，那么Alice和Bob就会看到一个典型的光条纹和暗条纹，其中光波的波峰和波谷相加或相互抵消。如果粒子“选择”了它们的状态，你会看到与没有“选择”时不同的模式。维格纳此前曾提出，这将揭示光子仍然处于纠缠态。这项新研究的作者发现，即使在他们的双重假设下，维格纳所描述的结果仍然成立，根据这项研究，爱丽丝和鲍勃可以得出关于光子的正确和可证明的结论。
这些结论与他们朋友的观测结果不同，但仍然是正确和可证明的。量子力学描述了世界是如何在如此小的尺度下运行，以至于物理学的常规规则不再适用，林鲍尔说：几十年来，研究这一领域的专家对这一现象的含义给出了多种解释。然而，如果测量本身不像这些新发现所表明的那样是绝对的，那就挑战了量子力学的真正意义。与经典物理学相比，测量结果似乎不能被认为是绝对真理，但必须相对于进行测量的观察者来理解，所量子力学故事必须适应这一点。
博科园-科学科普｜文: Mindy Weisberger/Live Science
参考期刊《arxiv》
cite: arxiv: 1902.05080
发表于 2019-5-23 13:12
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