现实刚刚遭受了双重打击。一项新的实验试图探究量子理论中哪两个反直觉的成分更为基本,结果却发现它们密切相关。
爱因斯坦曾因量子理论中现已确立的事实而感到困扰:粒子选择的随机性以及远距离的光或物质之间瞬间联系的可能性。实验者现在得出结论,爱因斯坦甚至无法选择他的毒药,因为允许瞬间联系也会扼杀任何简单的现实概念。
该团队更新了一项经典的1982年实验,其中研究人员测量了成对光子的偏振或空间方向。在量子理论中,光子和其他粒子对于诸如位置或偏振之类的属性没有确定的值,而是在实验中测量时随机获得特定的属性。
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维也纳量子光学与量子信息研究所的物理学家马库斯·阿斯佩尔梅耶说:“最大的问题始终是……是否可以超越这种概率描述。” 也许爱因斯坦是对的,即“上帝不掷骰子”,并且光子具有某种隐藏在实验之外的真实状态。
研究人员了解到,他们可以使用纠缠的光子来测试一个相关的问题,这意味着它们在任何距离上都瞬间连接,以至于一个光子的测量属性取决于另一个光子——就像一对总是掷出双骰子的骰子。
在1982年的实验中,如果光子“掷出双骰子”的时间超过某个比例,则意味着粒子违反了所谓的局域实在论:粒子之间的影响像波浪一样在时空中传播(局域性),并且粒子具有隐藏的非随机属性(实在性)。
但是哪个假设可能是错误的呢? 阿斯佩尔梅耶说:“仍然有可能,您保持实在论……而您只是放松了这种局域性条件。” 因此,他与团队负责人安东·蔡林格及其同事一起,测试了一个提出的反量子模型,在该模型中,影响瞬间传播,但粒子具有真实属性(非局域性但实在性)。
他们将红色激光光子分裂成纠缠对,并将成对的光粒子沿着不同的路径发送。然后,他们测量了光子在不同角度的偏振,以查看它们获得“双骰子”(称为关联性)的频率。
阿斯佩尔梅耶说,该小组的预感是,“如果您允许非局域相互作用,一切皆有可能,[因此]您可以完全恢复量子物理学”,而又不会失去对现实的把握。但是,与较早的实验一样,他们再次看到了比非局域实在论允许的更多的关联性。
换句话说,阿斯佩尔梅耶说,非局域性不足以将实在论从量子理论中拯救出来。实际上,像爱因斯坦这样的量子理论反对者将不得不吞下非实在论的蜘蛛,才能抓住非局域性的苍蝇。阿斯佩尔梅耶说:“您必须付出代价。” “我仍然对实验的结果感到惊讶,我不得不说。”
1982年实验的领导者,法国帕莱索光学研究所的阿兰·阿斯佩克特在本周的《自然》杂志上与研究结果一起发表的评论中写道,仍然存在其他非局域实在论模型,该实验并未涉及,包括一些原则上与量子理论无法区分的模型。
阿斯佩克特说:“人们得出的结论更多是品味问题,而不是逻辑问题。” “但我更赞同这样的观点,即……这些实验……使我们能够更深入地研究量子力学的伟大奥秘。”