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“量子世界的奇异性,或许只是个表象”

来源:郑州新闻网作者:锦体更新时间:2021-09-23 14:44:02阅读:

本篇文章2293字,读完约6分钟

【科技在线】

量子世界的奇妙行为一直让人们很开心。 量子物体是遵循明确的轨迹,还是像幽灵一样通常没有痕迹? 经典的哥本哈根解释认为跟踪量子物体的轨迹没有意义,但最近的实验结果支持了自另一个理论提出以来一直被遗忘、沉寂了64年的玻姆量子力学理论可能正在迎来复兴。 如果那个成立的话,就会支持和哥本哈根解释完全不同的观点。 所有粒子都有明确的轨迹,幽灵通常的波函数不是自然的本质。

量子世界的行为困扰着物理学家将近一个世纪。 与机械表具有性和愉快的可预测性的经典世界不同,量子世界充满了随机性。

的实例是双缝实验。 如果向两个狭缝发射一束光子,经典的直觉认为,每个光子通过一个或另一个狭缝,击中另一个屏幕,形成两个条纹。 但是,实际进行这个实验时,光子束在屏幕上形成明暗条纹交错的干涉图案,就像每个光子像波浪一样出现,通过两个狭缝一样。

主流对这一行为的解释称为哥本哈根解释,认为测量前问光子是波还是粒子没有意义,只有测量后光子才坍缩成光还是粒子,具体取决于光还是粒子是什么属性。 另一种解释是多世界解释,光子不是坍缩的,它所存在的世界随着测量分裂成多个世界,光子的所有可能状态都在某一个世界实现,我们只注意到了某一个世界的一个结果。

在量子奇怪的外表下,有秩序的真实存在

但是,1952年大卫·鲍姆( david bohm )提出,量子世界之所以看起来奇怪,是因为我们没有充分理解其背后的客观性。 他说在量子特异性的表面下,现实其实是有秩序的。 加拿大多伦多大学的埃弗雷姆·斯坦伯格( aephraim steinberg )说:“这是一个非常明确的描述,意味着所有粒子都有明确的位置,并沿着特定的轨迹工作。

最近的许多实验表明,这种隐藏的现实并不存在。 但是,只排除了这些理论中的特定种类。 也就是说,假设隐藏在任何粒子后面的东西都是局域性的,不会受到远处什么的影响。 但是鲍姆认为隐藏的是非局部的,在他的理论中,一切都由其他一切决定。 在玻姆的宇宙中,某个遥远星系发生的事情很快就会影响你。 无论其影响多么微弱,反之亦然。

回到电子是波还是粒子的讨论上来。 玻姆的理论认为电子是粒子,是波。 电子是具有明确轨迹的粒子,但这个轨迹由波控制,这个波由那个电子控制。 这个波也会受到其他粒子的影响,相反会改变电子的轨迹。

超现实粒子的轨迹

玻姆力学并不是被所有人认可的。 1992年的一个思想实验似乎敲响了那丧钟。 由四位作者姓氏首字母命名的essw实验在玻姆的理论下考虑了双缝实验。

在玻姆力学中,一个光子要么通过上狭缝,要么通过下狭缝,不同时通过两者。 在那些波浪的诱惑下,通过上狭缝的电子终于停在屏幕的上半部分,通过下狭缝的电子终于停在屏幕的下半部分。

在essw实验中,研究人员想象狭缝前面有检测器,告诉我们光子通过了上部或下部的狭缝。 数学分解后,奇怪的事情变得明显了。 光子启动上部狭缝的探测器,终于停在过屏幕的下半部分。 尽管对该结果的正确性争论颇多,但物理学家承认其存在,将其称为超现实的轨迹。

鲍姆回来

现在斯坦伯格和同事们进行了essw实验,得出结论说玻姆力学还没死。

他们用一对纠结的光子进行了实验。 纠缠的光子密切相关,无论相距多远,测量一方的偏振状态都会影响另一方的偏振状态。 每对光子中的一个被传送到类似双缝装置的设备。

光子是被上狭缝还是下狭缝诱导,取决于其偏振状态是垂直还是水平。 光子通过仪器时,研究人员在维持其量子特征的基础上,轻轻探测了其位置。 虽然每次测量只能给出一个近似值,但是通过跟踪同一光子的大群,研究者们可以重建光子从狭缝到屏幕所经历的轨迹的集合。

另一个纠缠的光子留在双缝仪器外,采用类似essw实验的探测器作为探测器。 因为这些是纠缠光子,所以探测光子的偏振状态应该准确地反映出其伙伴进入设备时通过的狭缝。 事实上,在轨迹的最初阶段,探测光子的偏振状态确实反映了同伴经过的路径。

实验光子高速通过仪器期间,研究小组持续测量探针的光子状态,结果发现偏振状态在持续变化。 例如,如果开始时探针的偏振方向为水平,则表示实验光子通过了底部的狭缝。 但是,当实验光子到达屏幕时,探测光子的偏振状态变成了水平偏振光和垂直偏振光两种状态各重叠一半的状态。 因此,何时看到检测光子的偏振状态将决定你是得到了关于同伴路径的正确消息,还是误入歧途。

真实的世界

研究小组认为,这意味着实验光子的轨迹改变了探测器的偏振状态,符合玻姆关于非局域相互作用的观点,也能应对essw思想实验提出的诘问困难。 提出essw思想实验的研究者认为光子有轨迹的假设有问题,但斯坦伯格及其同事们认为轨迹是真实的,但表示检测器不信任光子的检测。

我看到了这个问题的处理,它再次唤起了我对玻姆力学的兴趣,斯坦伯格说要把它放回和其他量子力学解释平等的位置。

伦敦大学贝克学院的物理学家巴西尔·希里( basil hiley )对该实验印象深刻,他说:“这是一种观察量子非局域性的新方法,显示了玻姆的地位。

但是,在新泽西州罗格斯大学研究量子力学基础问题的专家谢尔登·戈尔茨坦( sheldon goldstein )表示,即使通过实验观测到玻姆力学所预言的粒子轨迹,也无法说明玻姆现实本质的理论是正确的 因为任何路径都可以用其他理论来说明。

但是,戈尔茨坦也表示,新的实验略有变化。 波姆力学诞生几十年后,人们终于开始有点认真地看他的理论了。 他有一段时间甚至不能谈那个。 我说了因为是异端。 目前,对物理职业从业者来说,从事玻姆理论的相关从业者可能仍然很危险,但这可能已经改变。

标题:“量子世界的奇异性,或许只是个表象”

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