即使在最好的情況下,量子力學也很難理解,但新的證據表明,目前關於粒子在量子尺度上行為的標準觀點可能是非常非常錯誤的。
事實上,該實驗暗示,近一個世紀前預測的另一種觀點可能一直都是正確的。在你對此感到沮喪之前,好消息是,如果得到證實,它實際上會使量子力學更容易理解。
因此,讓我們退後一步,對此進行分解。首先,這只是一項研究,在標準觀點崩潰之前還需要進行更多的複製和驗證。所以現在不要去燒任何教科書,好嗎?好的。
現在我們已經弄清楚了,這就是發生的事情。現在,量子力學最令人困惑(但重要)的方面之一是粒子在被觀察之前沒有位置的想法。
我們已經談過幾次這個,但是那是什麼基本上意味著當量子物理學家談論一個粒子時,它的位置有多種可能性,這是由稱為波函數的數學結構描述的。
一旦粒子被觀察到,它的波函數就會崩潰。只有這樣,它才有特定的地位。
這一切背後的數學原理都很清楚,科學家可以用它來處理量子尺度的粒子。但對我們其他人來說,這一切都有點奇怪。
甚至阿爾伯特·愛因斯坦也對標準觀點的這一部分提出了異議,我們通常稱之為“哥本哈根詮釋。愛因斯坦的傳記作者亞伯拉罕‧派斯 (Abraham Pais) 回憶起這段對話:丹‧法爾克 (Dan Falk) 為廣達雜誌做報道:
「我們經常討論他關於客觀現實的觀點。我記得一次散步時,愛因斯坦突然停下來,轉向我,問我是否真的相信這一點。只有當我看著它時才存在。
那為什麼哥本哈根解釋會成為我們的標準觀點呢?嗯,我們確實有一個替代方案,稱為導波理論,或者波姆力學,這表明粒子確實具有精確的位置,無論我們是否觀察到它們。
但它從未真正起飛,部分原因是這意味著世界一定是“在其他方面很奇怪”,正如福爾克所解釋的。
為了大大簡化它,波姆觀點最奇怪的部分是它堅持非定域性,這基本上意味著宇宙中的任何物體都可以影響其他物體,無論這些物體相距多遠。
這與量子背後的想法相同- 或 ”遠處的怪異動作” - 但波姆力學更進一步並表明全部的宇宙取決於單一粒子發生的行為。
對這種波西米亞觀點的最後一擊是在 1992 年發生的,當時一項研究聲稱遵循這些定律的粒子最終會走上一條非常奇怪的軌跡,以至於他們將其描述為“超現實的」——量子物理學家說了很多話。
但現在,差不多 25 年後,加拿大的研究人員進行了一項實驗他們說這使得 1992 年的論文無效,並表明波姆力學可能仍然有一些潛力。
有問題的實驗是雙縫實驗。它的工作原理是這樣的:你在探測器螢幕前面的兩個平行狹縫處發射一束光子,在另一側你看到的不是兩條光帶或光子,而是條狀的「干涉圖案」。
您可以在下圖中看到該模式:
NekoJaNekoJa/維基媒體
這個實驗經常被用作哥本哈根解釋的證據,因為粒子在被測量之前沒有確定的位置,所以它們當然會出現在各處。
早在 1992 年,它也反駁了波姆力學。當時,科學家聲稱,如果光子確實有一個位置,就像波姆觀點所指出的那樣,那麼它只會穿過一個狹縫。但不知怎的,它總是最終被記錄為穿過了兩個狹縫,所以光子會有一個“超現實的「軌跡。因此不再有波西米亞觀點。
但現在,由加拿大多倫多大學的 Aephraim Steinberg 領導的一組研究人員在現實生活中進行了這項實驗,結果表明,只要人們記得考慮一下,波姆力學確實有意義。非定域性- 粒子可以影響宇宙中任何地方的其他粒子的想法。
在他們的實驗中,研究小組使用了一對糾纏光子——它們是緊密相連的,因此無論一個光子發生什麼,都會自動影響另一個光子,無論它們相距多遠(就是這樣)詭異的動作再次)。這使得研究人員能夠「詢問」其中一個光子以獲得有關另一個光子所走路徑的資訊。
那次審訊回傳了「超現實的「結果,正如 1992 年的研究所預測的那樣。但史坦伯格和他的團隊表示,這只是一個沒有非定域性的問題。福爾克為廣達解釋:
「第一個光子行進的距離越遠,第二個光子的報告就越不可靠。原因是非定域性。因為兩個光子糾纏在一起,第一個光子所走的路徑將影響第二個光子的偏振。
史坦伯格說,問題不在於玻姆軌跡是超現實的。問題是第二個光子說玻姆軌跡是超現實的——而且由於非定域性,它的報告不可信。
結果已發表於科學進步,如果它們得到驗證,它很可能會動搖我們對量子力學的看法 - 可能使其更容易理解。
“要理解量子力學,你所要做的就是對自己說:當我們談論粒子時,我們真正指的是粒子。然後所有問題都會消失。”戈德斯坦告訴福爾克。 “事物有位置。它們在某個地方。”
“這是量子力學的一個比你在教科書中看到的簡單得多的版本,”他補充說。
根據記錄,愛因斯坦並沒有過多考慮波姆力學,並發現整件事情過於簡化。只有時間才能證明他是對的。