早在1920年代,量子物理學領域仍處於起步階段,法國科學家路易斯·德·布羅格利(Louis de Broglie)就有一個有趣的想法。
為了應對光和物質是從根本上是顆粒還是波浪的混亂,他提出了一種替代方法:如果兩者都是真的,該怎麼辦?如果量子物體所採用的路徑是被升起並像海洋膨脹的東西一起掉下來怎麼辦?
他的假設是後來成為的基礎試驗波理論,但這並非沒有問題。因此,就像面對實驗時步履蹣跚的任何美麗想法一樣,它迅速成為科學史的遺物。
如今,大多數物理學家都讚成所謂的“哥本哈根的解釋一般而言,量子力學的量子不是給粒子的精確位置和動力,直到測量並因此觀察到。
另一方面,試點波理論表明,粒子確實始終具有精確的位置,但是為了使情況如此,世界也必須以其他方式奇怪 - 這導致許多物理學家駁斥了這個想法。
然而,關於de Broglie的衝浪顆粒的某些東西使得不可能獨自離開,在過去的一個世紀中,這個想法在現代物理學中越來越多。
對於某些人來說,這是一個概念,最終可以幫助宇宙有意義- 從最小的量子顆粒到最大的星系。
什麼是飛行員波?
為了更好地理解飛行員浪潮是什麼,它有助於首先了解它不是什麼。
到1920年代,物理學家在光和亞原子顆粒上的高度精確實驗感到困惑,以及為什麼它們的行為似乎比粒子更像波浪。
結果最好通過一個新的數學領域來解釋,該領域將概率理論與波浪行為的機制結合在一起。
對於丹麥理論家尼爾斯·博爾(Niels Bohr)和他的德國同事維爾納·海森伯格(Werner Heisenberg)等理論物理學家來說,他們設定了哥本哈根解釋的基礎,最經濟的解釋是對待概率作為自然的基本組成部分。表現得像波浪的是工作中固有的不確定性。
這不僅僅是缺乏知識帶來的不確定性。據Bohr稱,好像宇宙尚未下定決心要放置粒子,應該扭曲的方向以及它可能具有什麼樣的動力。他堅持認為,只有一旦進行了觀察,才能說這些特性存在。
這在直觀層面上的任何意義都很難說。在進行量子物理學之前,概率的數學是預測骰子卷或車輪轉動的工具。我們可以想像一堆撲克牌坐在桌子上,其隱藏的序列已鎖定在適當的位置。數學只是將我們的無知固定在秩序上,而現實在後台有100%的確定性存在。
現在,物理學家提出了一種概率的味道,這與我們的天真無關。這並不容易想像。
德布羅格利(De Broglie)關於假設波的想法是將某種物理性歸還給概率的概念。在實驗中觀察到的線和點的散射模式就像它們看起來一樣 - 波的後果在介質中升起和落在池塘上的漣漪幾乎不同。
在該波上的某個地方是實際粒子。它具有實際位置,但其命運是指引導它的流體流動的變化。
在一個層面上,這個想法感覺是正確的。與一個抖動的宇宙之一相比,這是一個比喻。
但是在實驗上,當de Broglie簡單的想法的時候是不對的。
“儘管德布羅格利的觀點似乎更合理,但其最初的一些問題導致科學界採用了玻爾的思想,”葡萄牙里斯本大學的科學哲學家保羅·卡斯特羅(Paulo Castro)告訴Sciencealert。
著名的奧地利物理學家沃爾夫岡·保利例如,量子物理學的先驅之一,指出當時de Broglie的模型沒有解釋在粒子散射上進行的觀察結果。
它也沒有充分解釋為什麼過去觀察到過去彼此相互作用的粒子會具有相關特徵,而這種現象稱為糾纏。
飛行波理論是什麼時候建立的?
在大約四分之一世紀的時間裡,de Broglie騎著可能性浪潮的顆粒觀念一直存在於Bohr和Heisenberg的根本不確定性中。然後1952年,美國理論物理學家戴維·博姆(David Bohm)用他的版本回到了這個概念,他稱之為飛行員浪潮。
與de Broglie的建議類似,Bohm的Pilot Wave假設將粒子和波浪結合在一起,無論是誰在觀看,都存在的伙伴關係。但是,干擾波浪及其特徵的變化。
與de Broglie的想法不同,這個新提案可以通過調用量子“電勢”的存在來解釋由時間和距離分離的多個粒子的糾纏命運,該量子的存在是將信息交換在粒子之間的通道。
現在通常被稱為de broglie-bohm理論,從那以後的幾十年來,飛行員浪潮已經走了很長一段路。
卡斯特羅說:“新的主要假設是量子波編碼物理信息,充當涉及可能狀態的自然計算手段。”
“因此,一個人可以將任何編碼為三維波中的物理信息的狀態疊加。粒子通過從波浪中讀取適當的信息將其狀態更改為另一個狀態。”
為什麼飛行波理論沒有被廣泛接受?
從哲學上講,理論僅與它可以解釋的實驗結果和可以預測的觀察結果一樣好。不管想法的吸引力如何,如果它不能比競爭對手講一個更準確的故事,那麼不太可能贏得許多粉絲。
飛行員浪潮令人沮喪地缺乏為強大的自然模型做出貢獻,以直觀的方式解釋了量子物理學的足夠多,以繼續引起人們的注意,但不足以翻轉腳本。
有什麼證據證明了試驗波理論?
例如,2005年法國研究人員注意到,油滴在振動的油浴中以一種奇怪的方式跳躍,在反饋環中與介質相互作用,這讓人聯想到de Broglie的波浪沖浪顆粒。對它們的觀察至關重要的是對粒子運動的一定量化,這與嚴格的測量限制了電子在原子核周圍的運動。
這些宏觀刻度波和量子的相似之處很有趣,可以暗示某種統一的機制要求進一步調查。
哥本哈根大學Niels Bohr Institute的物理學家後來進行了測試類似量子的發現之一根據經典的干擾模式,以其乾擾模式製成雙縫實驗, 和無法複製他們的結果。但是,他們確實檢測到波浪變化中的“有趣”干擾效應,這可以告訴我們更多有關量子變化波的信息。
在一個了不起的偶然性舉動中,博爾自己的孫子(一個名叫托馬斯·鮑爾(Tomas Bohr)的流暢物理學家)也加入了辯論,提出思想實驗這有效排除了飛行員波。
雖然無效的結果和思想實驗幾乎沒有反駁當今版本的de Broglie-Bohm的飛行員浪潮的基本原則,但它們加強了倡導者在將其模型提升到真實理論狀態時面臨的挑戰。
卡斯特羅說:“波浪量子記憶是一個有力的概念,但是當然,仍然有很多工作要做。”
試驗波理論可以是量子物理學的未來嗎?
很明顯,物理學的核心有一個酸痛的空白,這是一個差距乞求直觀的解釋,以說明為什麼現實會騎著像波浪一樣的隨機性。
在我們的日常經驗中,波浪和粒子的雙重性可能沒有類比。但是,充當某種物理計算設備的波浪狀培養基的想法太誘人了,以至於獨自一人。
但是,要使飛行波理論取得勝利,物理學家將需要找到一種方法來從其量子波中摘下衝浪者,並表明兩者可以獨立存在。實驗,這可以實現通過散發兩個粒子並通過測量它將一個粒子與騎行分開。
卡斯特羅說:“然後,我們使這種空的量子波干擾另一個粒子的波,改變了第二個粒子的行為。” “我們首先提出了這一點試點波理論進步國際會議。 ”
實際上,檢測到此類事件所需的設備需要非常敏感。這並不超出可行性的範圍,但這是一項耐心地等待機會的任務。空的飛行員波甚至可能會通過使波浪降低到周圍的噪聲方面來解決量子計算中的實際問題的關鍵。
未來的物理學家最終可以降落在觀察中,這使我們能夠進入一個有意義的宇宙。如果實驗檢測到某些東西,這將是一個堅實的跡象表明,遠離空的核心,物理心臟以脈搏為跳動。即使沒人在看。
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