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量子物理实验表明:现实并不是客观的

维格纳的朋友思想实验

《麻省理工学院技术评论》发表的论文证实,在适当的条件下,两个人可以观察同一事件,看到两个不同的事情发生,两者都是正确的。

赫瑞瓦特大学的物理学家首次展示了两个人如何通过重建经典的量子物理思想实验来体验不同的现实。

1961年,诺贝尔物理学奖得主,物理学家尤金·维格纳概述了一项思想实验,该实验证明了量子力学中一个鲜为人知的悖论。 实验表明宇宙的奇怪性质如何允许两个观察者,比如维格纳和维格纳的朋友,会体验不同的现实。

从那以后,物理学家们利用“维格纳的朋友”思想实验来探索客观事实是否存在。 这很重要,因为科学家们通过实验来确定客观事实。 但如果他们实验的是不同的现实,他们怎么能就这些事实达成一致呢?

去年,物理学家注意到量子技术的最新进展使得在真实实验中重现维格纳的朋友测试成为可能。 换句话说,应该有可能创造出不同的现实,并在实验室中对它们进行比较,以确定它们是否可以达成一致。

英国爱丁堡赫瑞-瓦特大学的Massimiliano Proietti团队首次进行了这项实验:他们创造了不同的现实并进行了比较。 结论是维格纳是正确的:这些现实可以变得不可调和,因此无法就实验的客观事实达成一致。

维格纳的原始思想实验以单个偏振光子开始

维格纳的原始思想实验是这样进行的,它以单个偏振光子开始,当测量时,它可以具有水平偏振或垂直偏振。但在测量之前,根据量子力学定律,光子同时存在于两种偏振态。也就是所谓的叠加。

维格纳想象一个朋友在另一个实验室测量这个光子的状态并存储结果,而他自己从另外的地方测量观察。维格纳没有关于他朋友的测量的信息,所以不得不假设光子和它的测量是实验的所有可能结果的叠加。

维格纳甚至可以进行实验来确定这种叠加是否存在。这是一种干涉实验,表明光子和测量确实是叠加的。

从维格纳的角度来看,这是一个“事实”,即存在叠加。而事实表明,它不可能进行测量。

但这与朋友的观点形成鲜明对比,朋友确实测量了光子的极化并记录了它。朋友甚至可以打电话给维格纳并说测量已经完成。

所以这两个现实相互矛盾。

去年奥地利维也纳大学的Caslav Brukner提出了一种方法,通过同时纠缠许多粒子的技术在实验室中重建维格纳的朋友实验。

Proietti团队所做的就是实现这一目标。

他们使用这六个纠缠光子创造了两个交替的现实:一个代表维格纳,一个代表维格纳的朋友。 维格纳的朋友测量光子的偏振并存储结果。然后,维格纳执行干涉测量以确定测量和光子是否重叠。

该实验产生了明确的结果。事实证明,即使它们产生了不可调和的结果,两种现实也可以共存,正如维格纳预测的那样。

这引发了一些令人着迷的问题,迫使物理学家重新考虑现实的本质。

观察者最终可以调和他们对某种基本现实的测量的想法是基于几个假设。首先是基于普遍的事实确实存在,观察者可以就这些事实达成一致。

但也有其他假设。一个是观察者可以自由地做出他们想要的任何观察。另一个观察者做出的选择不影响其他观察者做出的选择,物理学家称之为局部性的假设。

如果存在每个人都能达成一致的客观现实,那么这些假设都会成立。

但Proietti的实验结果表明,客观现实并不存在。换句话说,实验表明,一个或多个假设,比如我们可以达成共识的观点,我们有选择自由的观点,或地点的观念必定是错误的。

当然,对于那些坚持传统现实观的人来说,还有另外一条出路。这就是实验者忽略了一些其他的漏洞。事实上,物理学家多年来一直试图填补类似实验的漏洞,尽管他们承认永远不可能完全弥补它们。

然而,这项工作对科学工作具有重要意义。 Proietti在论文中说:“科学方法依赖于事实,通过重复测量建立并普遍达成一致,不论观察者是谁。维格纳朋友思想实验推翻了这一认识。”

在量子物理领域,可能没有“共同的客观现实”这样的东西。

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