維格納的朋友思想實驗
《麻省理工學院技術(shù)評論》發(fā)表的論文證實,在適當?shù)臈l件下,兩個人可以觀察同一事件,看到兩個不同的事情發(fā)生,兩者都是正確的。
赫瑞瓦特大學的物理學家首次展示了兩個人如何通過重建經(jīng)典的量子物理思想實驗來體驗不同的現(xiàn)實。
1961年,諾貝爾物理學獎得主,物理學家尤金·維格納概述了一項思想實驗,該實驗證明了量子力學中一個鮮為人知的悖論。 實驗表明宇宙的奇怪性質(zhì)如何允許兩個觀察者,比如維格納和維格納的朋友,會體驗不同的現(xiàn)實。
從那以后,物理學家們利用“維格納的朋友”思想實驗來探索客觀事實是否存在。 這很重要,因為科學家們通過實驗來確定客觀事實。 但如果他們實驗的是不同的現(xiàn)實,他們怎么能就這些事實達成一致呢?
去年,物理學家注意到量子技術(shù)的最新進展使得在真實實驗中重現(xiàn)維格納的朋友測試成為可能。 換句話說,應(yīng)該有可能創(chuàng)造出不同的現(xiàn)實,并在實驗室中對它們進行比較,以確定它們是否可以達成一致。
英國愛丁堡赫瑞-瓦特大學的Massimiliano Proietti團隊首次進行了這項實驗:他們創(chuàng)造了不同的現(xiàn)實并進行了比較。 結(jié)論是維格納是正確的:這些現(xiàn)實可以變得不可調(diào)和,因此無法就實驗的客觀事實達成一致。
維格納的原始思想實驗以單個偏振光子開始
維格納的原始思想實驗是這樣進行的,它以單個偏振光子開始,當測量時,它可以具有水平偏振或垂直偏振。但在測量之前,根據(jù)量子力學定律,光子同時存在于兩種偏振態(tài)。也就是所謂的疊加。
維格納想象一個朋友在另一個實驗室測量這個光子的狀態(tài)并存儲結(jié)果,而他自己從另外的地方測量觀察。維格納沒有關(guān)于他朋友的測量的信息,所以不得不假設(shè)光子和它的測量是實驗的所有可能結(jié)果的疊加。
維格納甚至可以進行實驗來確定這種疊加是否存在。這是一種干涉實驗,表明光子和測量確實是疊加的。
從維格納的角度來看,這是一個“事實”,即存在疊加。而事實表明,它不可能進行測量。
但這與朋友的觀點形成鮮明對比,朋友確實測量了光子的極化并記錄了它。朋友甚至可以打電話給維格納并說測量已經(jīng)完成。
所以這兩個現(xiàn)實相互矛盾。
去年奧地利維也納大學的Caslav Brukner提出了一種方法,通過同時糾纏許多粒子的技術(shù)在實驗室中重建維格納的朋友實驗。
Proietti團隊所做的就是實現(xiàn)這一目標。
他們使用這六個糾纏光子創(chuàng)造了兩個交替的現(xiàn)實:一個代表維格納,一個代表維格納的朋友。 維格納的朋友測量光子的偏振并存儲結(jié)果。然后,維格納執(zhí)行干涉測量以確定測量和光子是否重疊。
該實驗產(chǎn)生了明確的結(jié)果。事實證明,即使它們產(chǎn)生了不可調(diào)和的結(jié)果,兩種現(xiàn)實也可以共存,正如維格納預(yù)測的那樣。
這引發(fā)了一些令人著迷的問題,迫使物理學家重新考慮現(xiàn)實的本質(zhì)。
觀察者最終可以調(diào)和他們對某種基本現(xiàn)實的測量的想法是基于幾個假設(shè)。首先是基于普遍的事實確實存在,觀察者可以就這些事實達成一致。
但也有其他假設(shè)。一個是觀察者可以自由地做出他們想要的任何觀察。另一個觀察者做出的選擇不影響其他觀察者做出的選擇,物理學家稱之為局部性的假設(shè)。
如果存在每個人都能達成一致的客觀現(xiàn)實,那么這些假設(shè)都會成立。
但Proietti的實驗結(jié)果表明,客觀現(xiàn)實并不存在。換句話說,實驗表明,一個或多個假設(shè),比如我們可以達成共識的觀點,我們有選擇自由的觀點,或地點的觀念必定是錯誤的。
當然,對于那些堅持傳統(tǒng)現(xiàn)實觀的人來說,還有另外一條出路。這就是實驗者忽略了一些其他的漏洞。事實上,物理學家多年來一直試圖填補類似實驗的漏洞,盡管他們承認永遠不可能完全彌補它們。
然而,這項工作對科學工作具有重要意義。 Proietti在論文中說:“科學方法依賴于事實,通過重復(fù)測量建立并普遍達成一致,不論觀察者是誰。維格納朋友思想實驗推翻了這一認識?!?/p>
在量子物理領(lǐng)域,可能沒有“共同的客觀現(xiàn)實”這樣的東西。
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