量子物理学涉及非常小的领域,而且我们大多数人从未期望看到它所描述的怪异世界。但是我们可以吗?最近,西北大学的科学家Geraldo Barbosa设计了一个实验来回答这个问题。
Barbosa希望看到的量子效应称为量子纠缠,其中两个或多个粒子可以变成“纠缠”,以便即使在空间中分离后,当对一个粒子上执行动作时,另一个粒子也会立即响应。
纠缠纠缠的一个常见实验是在特殊类型的晶体上发射激光。有时是从激光“拆分”成两个的光子粒子。两个新光子的能量和动量加起来最初发射的值。
这两个“女儿”光子被纠缠在一起 - 如果您看一个光子的状态,您会立即知道另一个光子的状态。爱因斯坦将这种令人毛骨悚然的联系描述为“远处的怪异动作。”
接下来,物理学家在实验中更改激光束的形式以创建图像。他们发现,除非两个探测器能够同时“看到”光子,否则该图像不可见。
尽管这些物理学实验依靠检测器来“查看”光子和产生的图像,但Barbosa预见了一个实验,其中一个人的视网膜将充当探测器。 [很小的惊人照片这是给出的
实验室中的怪异动作
纠缠的光子具有相反的极化状态:换句话说,它们的波的定向不同。 (在量子水平上,粒子的行为可以像波浪一样,波浪像粒子一样。)
在仅检测一个光子的实验中,它可能处于任何极化状态,并且可以随时击中检测器。这意味着科学家无法判断撞击探测器的光子是否来自纠缠二人组。没有这些知识,一个人将无法重建这些光子要创建的图像。
但是两者兼而有之纠缠的光子被检测到,您可以找出光子的极化状态。知道一个,你知道两者,并且可以重新创建图像。 “怪异”部分是,通过观察您消除所有其他可能性的光子之一 - 两个观察到的光子都必须具有您看到的极化状态。但是,纠缠的光子如何“知道”在哪种状态中?相对论说您的信息不能比光快。观察纠缠的光子,尽管同时将它们“强制”施加到某个状态。 [比灯更快的发现的10个效果这是给出的
本质上,添加了两个光子中的信息以重新创建原始图像。该实验已经进行了多次。
但是,如果两个探测器是人类视网膜,会发生什么?一个人会看到高阶图像还是经典图像,即光的闪光?
通常,我们通过在几个波长中感知光的强度来看到事物。混合各种波长构成了我们感知的所有各种颜色和饱和度。
这种情况会有所不同 - 如果大脑可以看到量子效应,例如纠缠光子,那么一只眼睛看着两者都会期望有不同的图像。这是一个比看起来更深层的问题,因为如果人们能看到这样的图像,这意味着我们的宏观大脑可以挑剔,微观量子效应。
量子视觉的下一步
巴博萨说,设置这样的实验仍然很困难。一个问题是人神经元中的信噪比。即使单个光子击中了我们的视网膜,我们也无法感知单个光子,因为它需要一定数量的光子击中我们的眼睛,让我们的大脑将信号解释为例如光线。
Barbosa在他的论文中发布在Physics Preint网站Arxiv上,指出,很明显,人们可以产生足够的光子来触发人类视网膜的反应 - 至少需要七个光子才能做到这一点,而且它们都必须纠缠在一起。
罗切斯特大学光学教授罗伯特·博伊德(Robert Boyd)说,他原则上没有任何错误的想法。 “即使在这里,也有两种可能性,”博伊德在一封电子邮件中写道。 “一个就是那个人脑根本不以Barbosa提出的方式起作用。另一个是这样做,但是效果是如此弱,以至于无法观察到。”
与此同时,巴博萨(Barbosa)说,他已经考虑了一段时间量子图像在1994年的实验室中。他勾勒出使实验起作用所需的一些设备,例如特殊护目镜将光子放到视网膜的正确部分。
Barbosa写道:“这仅表明复杂的神经系统能够处理量子信号 - 这是一个惊人的功能。”