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在近期发表的一篇论文中,研究人员宣称他们证实了两个现实可以同时存在——至少是在量子世界中。为了验证这一假说 ,奥地利因斯布鲁克大学的研究人员从一个名为“维格纳的友人”(Wigner‘s Friend)的思想实验入手。该实验是被认为是世界上最令人费解的思想实验之一,由诺贝尔物理学奖获得者尤金·维格纳(Eugene Wigner)于1961年提出 ,涉及到两个人观察同一事物——在该研究中,观察的对象是一个光子 。

在近期的研究中,研究人员给不同的粒子取了名字(如图),代表“维格纳的友人”思想实验中假想的观察者。在实验中,一个人观察单个光子,并将其以垂直或水平状态发送出去;与此同时,实验室外面的维格纳进行了一场干涉实验 ,证明这个光子仍然处于叠加状态。

“维格纳的友人”思想实验涉及到两个人观察同一事物,在该研究中,观察的对象是一个光子。

当光子被观察时,它呈现为水平或垂直状态;但是根据量子力学,在观察之前,光子处于一种“叠加”状态,意味着它同时处于两种状态——水平或垂直 。

在维格纳的思想实验中,一个人在实验室中观察光子,并将光子以垂直或水平状态发送出去;与此同时,在实验室外面的维格纳则进行一个称为“干涉实验”的简单测试,以确定这个光子仍然处于叠加状态。

在这个思想实验中,两个观察结果及其所代表的两种现实都可以同时被证明是真实的。尽管“维格纳的友人”长期以来只是一个有趣的思想实验 ,但量子力学和物理学领域的发展使研究人员能够对该理论进行测试——这正是英国赫瑞瓦特大学的Massimiliano Proietti及其同事所做的工作。他们与因斯布鲁克大学的研究人员将结果在线发表于近期的预印本网站ArXiv上。

利用6个纠缠的光子,Proietti及其同事重现了“维格纳的友人”思想实验的结果。光子纠缠理论认为,若将两个来自同一光束的光子分开,则其中一个光子发生的事情会在另一个光子上反映出来。换句话说,它们的命运已经绑定在一起。

当这些光子被观察时,它们以极化状态存在;但是当使用干涉实验进行测试时,结论是这些光子仍然以叠加状态存在。

该研究的意义在于,它不仅证实了这一长期讨论的思想实验,而且挑战了如何进行观察的基础。“科学方法依赖于客观事实,而这些事实是通过反复测量建立的,并且得到普遍认同 ,与观察者无关,”Proietti在论文中写道,“在量子力学中,观察的客观性并不那么明确 。”

然而,如果这些事实既不能证明是正确的,也不能证明是错误的——或二者兼有——正如Proietti等人的工作所假定的那样,那么科学本身可能就必须做出改变了。

什么是量子纠缠?

在量子物理学中 ,纠缠的粒子保持着关联,以至于其中一个粒子的物理性质变化会影响另一个粒子的行为,即使它们相距很远。

在量子物理学中,纠缠的粒子保持着关联,以至于其中一个粒子的物理性质变化会影响另一个粒子的行为 ,即使它们相距很远 。这意味着,如果你测量一对纠缠光子的自旋 ,如果其中一个光子的结果是上旋,那么另一个光子必定为下旋,反之亦然,即使这两个光子位于地球两端。

量子纠缠通常发生在部分粒子发生物理相互作用的时候。例如,当一束激光穿过特定的晶体类型时,会导致光子分离,形成成对的纠缠光子。

量子纠缠理论让爱因斯坦感到很恼火 ,甚至将其称为“鬼魅般的超距作用”。爱因斯坦之所以如此不满,可能是因为该理论暗示了信息的传播速度可以超过光速。