本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
无论研究人员尝试多少次,都无法绕开量子力学的怪异之处。
在最近的一次尝试中,瑞士日内瓦大学的研究人员试图确定纠缠——测量一个粒子的性质会立即确定另一个粒子的性质——是否实际上是由某种快速但并非无限快的类波信号传递的。
他们的测试涉及对在日内瓦(左侧卫星视图)产生的成对纠缠光子(光粒子)进行的一系列测量,然后通过光纤将其分成两组,送到 18 公里(11 英里)外的两个村庄,研究小组在那里设置了光子探测器。(在 2007 年,研究人员在两个加那利群岛之间传输了 144 公里的纠缠光。)
新实验的想法是,每个纠缠对中的光子同时击中远处的探测器,因此它们没有时间交换信号。通过比较两个探测器的结果,研究人员使用称为贝尔不等式的测试来确定光子是否纠缠。
该小组在自然杂志上报告说,光子确实是纠缠的。但实际上,没有实验是完美的,所以他们最终得到的是纠缠传播速度的下限:光速的 10,000 倍。
为了理解纠缠的怪异之处,请考虑一下,单次量子测量的结果是随机的。通过所有测试,光子在击中能够测量其偏振的探测器之前,*没有*确定的偏振。因此,这就像纠缠粒子共享一个大的量子态。
该实验还有另一个微妙之处。如果纠缠像某种超光速波一样在空间中传播,那将违反爱因斯坦的狭义相对论,该理论认为,无论你相对于其他任何事物以何种方式运动,自然规律都是相同的。
因此,该小组不得不反复进行实验 24 小时以上,依靠地球的自转来采样相对于恒星的所有不同方向。(想象一下,激光笔沿着光纤的方向照射到太空。)
如果实验人员能够以正确的方式进行测试,那么量子力学总是可能崩溃(解读:显示出一些日常的正常迹象)。在 2007 年的一项研究中,维也纳的研究人员测试了这样一个想法,即纠缠的瞬时性(称为非定域性)可能与隐藏的“变量”一致,这些变量可以解释量子测量的随机性。但是,这个想法行不通。
伦敦帝国学院的理论物理学家特伦斯·鲁道夫是新论文评论的作者,他说,对超光速纠缠设定界限对于试图想象可能超出量子力学的理论的研究人员很有用。
这样的理论会是什么样子?鲁道夫说,我们可能陷入了瞬时纠缠,这对于我们来说似乎是不可能的,因为我们陷入了日常的空间和时间。“我们需要理解量子力学如何看待空间和时间,”他说。“我认为可能存在更深层次的问题。”
图片来源:美国宇航局地球观测站
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