即使在最好的情况下,量子力学也很难理解,但新的证据表明,当前关于粒子在量子尺度上行为的标准观点可能是非常非常错误的。
事实上,该实验暗示,近一个世纪前预测的另一种观点可能一直都是正确的。在你对此感到沮丧之前,好消息是,如果得到证实,它实际上会使量子力学更容易理解。
因此,让我们退后一步,对此进行分解。首先,这只是一项研究,在标准观点崩溃之前还需要进行更多的复制和验证。所以现在不要去烧任何教科书,好吗?好的。
现在我们已经弄清楚了,这就是发生的事情。现在,量子力学最令人困惑(但重要)的方面之一是粒子在被观察之前没有位置的想法。
我们已经谈过几次这个,但是那是什么基本上意味着当量子物理学家谈论一个粒子时,它的位置有多种可能性,这是由称为波函数的数学结构描述的。
一旦粒子被观察到,它的波函数就会崩溃。只有这样,它才有特定的地位。
所有这一切背后的数学原理都很清楚,科学家可以用它来处理量子尺度的粒子。但对于我们其他人来说,这一切都有点奇怪。
甚至阿尔伯特·爱因斯坦也对标准观点的这一部分提出了异议,我们通常将其称为“哥本哈根诠释。爱因斯坦的传记作者亚伯拉罕·派斯 (Abraham Pais) 回忆起这段对话:丹·法尔克 (Dan Falk) 为广达杂志做报道:
“我们经常讨论他关于客观现实的观点。我记得一次散步时,爱因斯坦突然停下来,转向我,问我是否真的相信这一点。只有当我看着它时才存在。”
那么为什么哥本哈根解释会成为我们的标准观点呢?嗯,我们确实有一个替代方案,称为导波理论,或者波姆力学,这表明粒子确实具有精确的位置,无论我们是否观察到它们。
但它从未真正起飞,部分原因是这意味着世界一定是“在其他方面很奇怪”,正如福尔克所解释的那样。
为了大大简化它,波姆观点最奇怪的部分是它坚持非定域性,这基本上意味着宇宙中的任何物体都可以影响其他物体,无论这些物体相距多远。
这与量子背后的想法相同- 或者 ”远处的怪异动作” - 但波姆力学更进一步并表明全部的宇宙取决于单个粒子发生的行为。
对这种波西米亚观点的最后一击是在 1992 年发生的,当时一项研究声称遵循这些定律的粒子最终会走上一条非常奇怪的轨迹,以至于他们将其描述为“超现实的”——量子物理学家说了很多话。
但现在,差不多 25 年后,加拿大的研究人员进行了一项实验他们说这使得 1992 年的论文无效,并表明波姆力学可能仍然有一些潜力。
有问题的实验是双缝实验。它的工作原理是这样的:你在探测器屏幕前面的两个平行狭缝处发射一束光子,在另一侧你看到的不是两条光带或光子,而是条状的“干涉图案”。
您可以在下图中看到该模式:
NekoJaNekoJa/维基媒体
该实验经常被用作哥本哈根解释的证据,因为粒子在被测量之前没有确定的位置,所以它们当然会出现在各处。
早在 1992 年,它也反驳了波姆力学。当时,科学家声称,如果光子确实有一个位置,就像波姆观点所指出的那样,那么它只会穿过一个狭缝。但不知怎的,它总是最终被记录为穿过了两个狭缝,所以光子会有一个“超现实的“轨迹。因此不再有波西米亚观点。
但现在,由加拿大多伦多大学的 Aephraim Steinberg 领导的一组研究人员在现实生活中进行了这项实验,结果表明,只要人们记得考虑一下,波姆力学确实有意义。非定域性- 粒子可以影响宇宙中任何地方的其他粒子的想法。
在他们的实验中,研究小组使用了一对纠缠光子——它们是紧密相连的,因此无论一个光子发生什么,都会自动影响另一个光子,无论它们相距多远(就是这样)诡异的动作再次)。这使得研究人员能够“询问”其中一个光子以获得有关另一个光子所走路径的信息。
那次审讯返回了“超现实的“结果,正如 1992 年的研究所预测的那样。但斯坦伯格和他的团队表示,这只是一个没有非定域性的问题。福尔克为广达解释道:
“第一个光子行进的距离越远,第二个光子的报告就越不可靠。原因是非定域性。因为两个光子纠缠在一起,第一个光子所走的路径将影响第二个光子的偏振。......
斯坦伯格说,问题并不在于玻姆轨迹是超现实的。问题是第二个光子说玻姆轨迹是超现实的——而且由于非定域性,它的报告不可信。”
结果已发表于科学进步,如果它们得到验证,它很可能会动摇我们对量子力学的看法 - 可能使其更容易理解。
“要理解量子力学,你所要做的就是对自己说:当我们谈论粒子时,我们真正指的是粒子。然后所有问题都会消失。”戈德斯坦告诉福尔克。 “事物有位置。它们在某个地方。”
“这是量子力学的一个比你在教科书中看到的简单得多的版本,”他补充说。
根据记录,爱因斯坦并没有过多考虑波姆力学,并发现整个事情过于简单化。只有时间才能证明他是对的。