現實剛剛遭受了雙重打擊。一項新的實驗試圖探究量子理論中哪兩個反直覺的成分更為基本,結果卻發現它們密切相關。
愛因斯坦曾因量子理論中現已確立的事實而感到困擾:粒子選擇的隨機性以及遠距離的光或物質之間瞬間聯絡的可能性。實驗者現在得出結論,愛因斯坦甚至無法選擇他的毒藥,因為允許瞬間聯絡也會扼殺任何簡單的現實概念。
該團隊更新了一項經典的1982年實驗,其中研究人員測量了成對光子的偏振或空間方向。在量子理論中,光子和其他粒子對於諸如位置或偏振之類的屬性沒有確定的值,而是在實驗中測量時隨機獲得特定的屬性。
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維也納量子光學與量子資訊研究所的物理學家馬庫斯·阿斯佩爾梅耶說:“最大的問題始終是……是否可以超越這種機率描述。” 也許愛因斯坦是對的,即“上帝不擲骰子”,並且光子具有某種隱藏在實驗之外的真實狀態。
研究人員瞭解到,他們可以使用糾纏的光子來測試一個相關的問題,這意味著它們在任何距離上都瞬間連線,以至於一個光子的測量屬性取決於另一個光子——就像一對總是擲出雙骰子的骰子。
在1982年的實驗中,如果光子“擲出雙骰子”的時間超過某個比例,則意味著粒子違反了所謂的局域實在論:粒子之間的影響像波浪一樣在時空中傳播(局域性),並且粒子具有隱藏的非隨機屬性(實在性)。
但是哪個假設可能是錯誤的呢? 阿斯佩爾梅耶說:“仍然有可能,您保持實在論……而您只是放鬆了這種局域性條件。” 因此,他與團隊負責人安東·蔡林格及其同事一起,測試了一個提出的反量子模型,在該模型中,影響瞬間傳播,但粒子具有真實屬性(非局域性但實在性)。
他們將紅色雷射光子分裂成糾纏對,並將成對的光粒子沿著不同的路徑傳送。然後,他們測量了光子在不同角度的偏振,以檢視它們獲得“雙骰子”(稱為關聯性)的頻率。
阿斯佩爾梅耶說,該小組的預感是,“如果您允許非局域相互作用,一切皆有可能,[因此]您可以完全恢復量子物理學”,而又不會失去對現實的把握。但是,與較早的實驗一樣,他們再次看到了比非局域實在論允許的更多的關聯性。
換句話說,阿斯佩爾梅耶說,非局域性不足以將實在論從量子理論中拯救出來。實際上,像愛因斯坦這樣的量子理論反對者將不得不吞下非實在論的蜘蛛,才能抓住非局域性的蒼蠅。阿斯佩爾梅耶說:“您必須付出代價。” “我仍然對實驗的結果感到驚訝,我不得不說。”
1982年實驗的領導者,法國帕萊索光學研究所的阿蘭·阿斯佩克特在本週的《自然》雜誌上與研究結果一起發表的評論中寫道,仍然存在其他非局域實在論模型,該實驗並未涉及,包括一些原則上與量子理論無法區分的模型。
阿斯佩克特說:“人們得出的結論更多是品味問題,而不是邏輯問題。” “但我更贊同這樣的觀點,即……這些實驗……使我們能夠更深入地研究量子力學的偉大奧秘。”