如果量子纠缠的“幽灵”性质完全错了,我们又错过了什么呢?
一项使用78亿年前产生的光子波长的新实验使得这种可能性比以往任何时候都要小。如果对这一现象有一个经典的物理解释,那么它就隐藏得非常好。
麻省理工学院的物理学家们已经突破了他们去年进行的一项实验的限制,这项实验使用了来自附近恒星的光。这一次,他们使用了来自更远地方的光子,这些光子在我们的太阳燃烧之前就开始了他们的旅程。
纠缠是奇怪的。毫无疑问。这太奇怪了,像爱因斯坦这样聪明的人不能接受它的表面价值,导致他们认为它是“幽灵”。一定有别的事情在起作用。
谁能怪他们呢?这种现象依赖于一个令人难以置信的想法——粒子在与测量它们的仪器相互作用之前,不会有明确的属性。
动量,旋转,位置,这些只有在我们足够仔细地观察粒子时才有意义。在那之前,它们不是“真实的”,至少在日常生活中不是。
那么,如果两个粒子以某种方式纠缠在一起,比如它们在一起形成的时候,会怎样呢?爱因斯坦认为,你可以测量一个粒子,并立即知道另一个粒子的“真实”。
这个答案至今仍令我们震惊。当一个被测量的时候,另一个——无论它在宇宙的什么地方——从一个模糊的可能性变成了一个固定的测量。
这就好像你买了一双鞋,但它们不是真的,直到你回家打开鞋盒。注意到你只剩下了左边的那个,你留下的那个会自发地从“可能是右或左”变成“绝对是右”。
20世纪60年代,爱尔兰物理学家约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)提出了一套证明,证明量子力学要么是错的(这是不可能的),要么是正确的。事实上,在这种奇怪的现象背后并没有什么隐藏的定律。
贝尔定理仍然留下了一些可能的解释,包括我们在量子力学上犯错的可能性很小。但物理学家们正在慢慢地一个一个地排除它们。
一个持久的选择是“自由选择”漏洞。也许当我们决定在一个粒子中测量什么时,会有一些连锁效应产生粒子属性之间的关联的错觉?
如果你坐在鞋店里,抬起你的左脚,柜台后面的宇宙店主可能会注意到,他会在你拿着右脚的同时,给你拿一只左脚的鞋子。这当然是一个骗局,但它仍然是经典物理,这意味着宇宙将在熟悉的光速信息服务的指导下运行,而不是更奇怪的东西。
创建一对光子,然后在实验室中精确地决定测量什么,为经典物理(就像店主一样)留下了足够的空间,以创造一种神秘的关联的错觉。
但是,在测量选择和实际测量过程之间留出一定的距离,将使这些选择更难受到非幽灵效应的限制。
去年,当麻省理工学院的研究小组利用附近一颗恒星发出的光作为宇宙硬币的抛掷来决定在纠缠实验中测量什么时,距离是6个世纪。
这次研究小组将目光转向了一对类星体——遥远星系的高能核心。其中一颗发出的光是122亿年前发出的。大约78亿年前,另一颗恒星发出的光确定了方向。
一对望远镜观察了每一个光子的颜色,并用它们来决定如何测量一对光子的极化,这对光子在单独的实验室中纠缠在一起。
在两次试验中,研究小组发现了30000对光子之间的相关性,这远远超出了贝尔所计算的选择自由解释的必要条件。
抛硬币和测量之间巨大的时间和空间差距使得一些幕后的谎言几乎没有机会影响实验的测量条件。
有多大?现在仍然存在经典解释的可能性是1000亿分之一。
研究报告的合著者艾伦·古斯说:“如果有什么阴谋通过一种真正经典的机制来模拟量子力学,那么这个机制至少要在78亿年前就开始运作了——以某种方式确切地知道何时、何地以及如何进行这个实验。”
这项研究发表在《物理评论快报》上。
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