量子物理學涉及非常小的領域,而且我們大多數人從未期望看到它所描述的怪異世界。但是我們可以嗎?最近,西北大學的科學家Geraldo Barbosa設計了一個實驗來回答這個問題。
Barbosa希望看到的量子效應稱為量子糾纏,其中兩個或多個粒子可以變成“糾纏”,以便即使在空間中分離後,當對一個粒子上執行動作時,另一個粒子也會立即響應。
糾纏糾纏的一個常見實驗是在特殊類型的晶體上發射激光。有時是從激光“拆分”成兩個的光子粒子。兩個新光子的能量和動量加起來最初發射的值。
這兩個“女兒”光子被糾纏在一起 - 如果您看一個光子的狀態,您會立即知道另一個光子的狀態。愛因斯坦將這種令人毛骨悚然的聯繫描述為“遠處的怪異動作。 ”
接下來,物理學家在實驗中更改激光束的形式以創建圖像。他們發現,除非兩個探測器能夠同時“看到”光子,否則該圖像不可見。
儘管這些物理學實驗依靠檢測器來“查看”光子和產生的圖像,但Barbosa預見了一個實驗,其中一個人的視網膜將充當探測器。 [很小的驚人照片這是給出的
實驗室中的怪異動作
糾纏的光子具有相反的極化狀態:換句話說,它們的波的定向不同。 (在量子水平上,粒子的行為可以像波浪一樣,波浪像粒子一樣。)
在僅檢測一個光子的實驗中,它可能處於任何極化狀態,並且可以隨時擊中檢測器。這意味著科學家無法判斷撞擊探測器的光子是否來自糾纏二人組。沒有這些知識,一個人將無法重建這些光子要創建的圖像。
但是兩者兼而有之糾纏的光子被檢測到,您可以找出光子的極化狀態。知道一個,你知道兩者,並且可以重新創建圖像。 “怪異”部分是,通過觀察您消除所有其他可能性的光子之一 - 兩個觀察到的光子都必須具有您看到的極化狀態。但是,糾纏的光子如何“知道”在哪種狀態中?相對論說您的信息不能比光快。觀察糾纏的光子,儘管同時將它們“強制”施加到某個狀態。 [比燈更快的發現的10個效果這是給出的
本質上,添加了兩個光子中的信息以重新創建原始圖像。該實驗已經進行了多次。
但是,如果兩個探測器是人類視網膜,會發生什麼?一個人會看到高階圖像還是經典圖像,即光的閃光?
通常,我們通過在幾個波長中感知光的強度來看到事物。混合各種波長構成了我們感知的所有各種顏色和飽和度。
這種情況會有所不同 - 如果大腦可以看到量子效應,例如糾纏光子,那麼一隻眼睛看著兩者都會期望有不同的圖像。這是一個比看起來更深層的問題,因為如果人們能看到這樣的圖像,這意味著我們的宏觀大腦可以挑剔,微觀量子效應。
量子視覺的下一步
巴博薩說,設置這樣的實驗仍然很困難。一個問題是人神經元中的信噪比。即使單個光子擊中了我們的視網膜,我們也無法感知單個光子,因為它需要一定數量的光子擊中我們的眼睛,讓我們的大腦將信號解釋為例如光線。
Barbosa在他的論文中發佈在Physics Preint網站Arxiv上,指出,很明顯,人們可以產生足夠的光子來觸發人類視網膜的反應 - 至少需要七個光子才能做到這一點,而且它們都必須糾纏在一起。
羅切斯特大學光學教授羅伯特·博伊德(Robert Boyd)說,他原則上沒有任何錯誤的想法。 “即使在這裡,也有兩種可能性,”博伊德在一封電子郵件中寫道。 “一個就是那個人腦根本不以Barbosa提出的方式起作用。另一個是這樣做,但是效果是如此薄弱,以至於無法觀察到。 ”
與此同時,巴博薩(Barbosa)說,他已經考慮了一段時間量子圖像在1994年的實驗室中。他勾勒出使實驗起作用所需的一些設備,例如特殊護目鏡將光子放到視網膜的正確部分。
Barbosa寫道:“這僅表明復雜的神經系統能夠處理量子信號 - 這是一個驚人的功能。”