最新實驗證據恐將打破量子力學的標準觀點

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在最新的科學發表刊物中,科學家提出實驗證明駁斥了數十年來導航波理論所受的評論;若實驗結果無誤,則此詮釋量子力學的方程式可以讓更多次原子世界裡的一些層面不再模糊不清。

進入量子力學的世界

當一個粒子可以被觀察到時,該粒子的波動功能就告終了,也就在此同時才可說該粒子具有絕對位置。欲知詳情請看下方由薩里大學理論物理學Jim Al-Khalili教授所做的解釋:

其背後的數學演算顯示的非常清楚,而科學家可利用此測算出量子尺度下的粒子狀態。但這對於我們來說,怎麼看都有點奇怪。

就連愛因斯坦當時雖然對標準觀點,也就是我們常說的哥本哈根詮釋,有部分不同的意見,但是愛因斯坦傳記的作者Abraham Pais回憶道一段與愛因斯坦的對話,該段內容也由Dan Falk記錄在《量子雜誌》中

「我們通常討論的都是愛因斯坦對於客觀現實的觀念。我記得有一次和愛因斯坦同行時,他突然停下腳步,轉向我問道:難道我真的只有在看著月亮的時候才相信有月亮存在嗎。」

所以為什麼哥本哈根詮釋就此變成了我們的標準觀點了?我們確實也有另外一個詮釋,也就是導航波理論(或稱為玻姆力學),說明不論我們有沒有是不是正在觀測粒子,粒子確實都有個精確的所在位置。

但是在一定程度上來說,這個詮釋並沒有很成功,因為如Falk所解釋的據其說明「世界從另一個角度來看會變得很奇怪」。

另外一個觀點

簡單地來說,玻姆力學的觀點最詭異的地方就在於它對於量子非定域性的堅持,該論點是指宇宙中任一粒子,不論距離遠近,都可以影響到其他任何粒子。

整個宇宙中對於個體粒子所發生的活動都是獨立不干涉的。

這個概念就跟量子糾纏現象(或稱鬼魅般的交互作用)的概念相同,但玻姆力學更進一步提出整個宇宙中對於個體物質所發生的活動都是獨立不干涉的。

玻姆力學觀點的最終打擊是1992年時的一項研究,該研究指出一個物質若以這些定律而行,那最終所行的軌跡會非常奇怪,他們甚至以「離奇」來做為形容。該研究也就明白表示了量子物理學家們心中的論點。

但現在經過了25年以後,加拿大的科學家們進行了一項實驗,並稱他們推翻了1992年的該篇論文,而且認為玻姆力學可能還有些可探討性存在。

該實驗討論的是個雙狹縫實驗。運作是這樣的:你在偵測屏幕前,將一束光子打向兩道平行的狹縫,你在偵測屏幕上不會只看到兩條亮光(或是光子),而是還會看到一條「干擾圖形」

請看下方實驗解說:

該項實驗常被用來作為哥本哈根詮釋的證明實驗,因為粒子經過測試才可能有具體的位置可言,所以此論點在該實驗中詮釋的淋漓盡致。

1992年時,該實驗也同時可以用來反駁玻姆力學。當時科學家聲稱若光子就像玻姆力學中所說的有確切所在位置可言,那光子應該就只會通過其中一個狹縫而已。但因為某種因素每次實驗結果最終記錄到的都是光子同時通過了兩條狹縫,所以在此理論前提下,光子這樣的軌跡是很「離奇」的。所以玻姆力學也就不受到討論了。

但現在有群來自加拿大多倫多大學、由Aephraim Steinberg領軍的科學家團隊於實際生活中進行了這項實驗,顯示出如果考慮量子非定域性的話,實驗結果用玻姆力學是說的通的。量子非定域性是指宇宙中所有的物質不論多遠皆可以影響其他的物質。

在他們的實驗中,團隊用的是糾纏態的光子,這些光子對之間有密不可分的連結,所以不管其中之一受到什麼影響,另外一個光子也會自動的受到影響,不管兩個光子之間距離有多遠,這樣的現象都會出現(就像剛剛提到的鬼魅般的交互作用)。這樣的現象就讓科學家能夠「盤問」其中的光子,看與其成對的另一個光子的路徑為何。

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觀察的結果顯示了如同1992年該篇論文所預測的「離奇」的結果,但是Steinberg和其團隊說這個結果只是沒有考量非定域性現象所產生的問題。就如Falk在《量子雜誌》所提到的

「第一個光子走的越遠,第二個光子所傳達的訊息報告就越不可信,其原因在於量子的非定域性。因為兩個光子是糾纏態,則第一個光子所經路徑會影響第二個光子的極化狀態…

Steinberg說問題不是玻姆軌跡很離奇,問題在於第二個光子讓玻姆軌跡很離奇。而拜量子定域性之因,第二個光子呈現的結果是不可以相信的。」

該實驗結果以發表於Science Advances期刊中,如果這些結果可以再經他人證實無誤的話,這將會大大撼動我們對於量子力學的觀點;意即有機會讓量子力學變得好懂一些。

Goldstein告訴Falk說:「要讓量子力學於你合理化的話,你只要告訴自己說:當我們在說粒子的時候,我們真的是在說粒子。這樣所有的問題都不是問題了。每個粒子都在某個地方有其位置。」

他補充說道:「這個版本的量子物理遠比你在教科書上看到的簡單多了。」

根據記錄,愛因斯坦對於玻姆力學的評價並不太高,他覺得事情過分簡單化了。而只有靠時間來告訴我們,愛因斯坦這個想法是不是正確的。

來源: Futurism