没有测量,就没有真实:量子力学又一原则通过实验检验

时间:2016-05-08 22:02 | 来源:  | 作者:  | 点击:


量子力学的奇异本质又经受住了另一场考验:澳大利亚科学家将一项著名的思想实验付诸现实,证明在量子世界中,真实仅仅在测量之后才能存在。  

 

助理教授Andrew Truscott(左)与他的博士生Roman Khakimov。

 

  澳大利亚国立大学(ANU)的物理学家实现了John Wheeler的“延迟选择”思想实验,在该实验中,一个运动物体既可能表现为粒子,也可能表现为波。Wheeler提出的问题就是:物体到底是在什么时候决定表现为粒子还是波的呢?

经典力学的常识告诉我们,物体要么是粒子,要么是波,跟测量无关。但量子力学预测,你看到一个物体是有干涉现象的波还是没有干涉现象的粒子,完全依赖于你最终的测量方式——而这正是ANU的研究小组所发现的。

  “我们的结果证明,测量就是一切。在量子层面上,如果你不去观测的话,’真实’就不存在。”ANU物理与工程研究院的助理教授Andrew Truscott说。

  实验再次证明,量子力学虽然看起来很奇异,但到此为止仍是正确的。它统领着微观世界,并带来了LED、激光与计算机芯片等诸多进展。

  1978年Wheeler提出这一思想实验的时候,这看起来像是不可能实现的。然而,ANU的小组不仅成功实现了该实验,还颠覆了Wheeler的原始构想:Wheeler原本设想用平面镜来反射光束,而ANU研究人员则使用了激光来散射原子。

  物理与工程研究院的博士生Roman Khakimov说:“量子力学的结论在光的干涉方面就已经很古怪了,更不用说还要用原子做实验。原子比光子更为复杂,它们有质量,还会和电场相互作用,这又增加了奇异性。”

  Truscott的团队首先将氦原子囚禁在称为“玻色-爱因斯坦凝聚”的悬浮态中,然后将其他原子逐出,直到只剩下一个原子。他们让这单个原子通过一对方向相反的激光束,两束激光产生了斑马线一样的光栅条。就像普通光栅能让光发生散射那样,这种光栅可以散射原子。

  随后,科学家会随机决定要不要在被散射的原子之后再加入一个光栅。结果表明,在加入第二对光栅的时候,原子产生了相长或相消的干涉,表明它在通过第一道光栅时像波一样同时经过了多条路径;而如果不加入第二道光栅,原子就不会发生干涉,就好像它只经过了一条路径。

  然而,决定是否加入第二道光栅的随机数是在原子穿过第一道光栅之后才产生的。

  Truscott说:“如果有人宁愿相信原子在通过第一道光栅时就已经决定了表现为粒子还是波,那他就必须接受这样一个结论:未来的测量影响了原子的过去。”

  “实验结果告诉我们,原子并不是‘从A走到B’的。只有当你测量它们,结束了它们的旅程之后,他们才会呈现出波或者粒子的性质。”Truscott说。(来源:ANU,翻译:丁家琦)

  原文链接:http://phys.org/news/2015-05-quantum-theory-weirdness.html

  论文链接:http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3343.html

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