维也纳大学研究人员研究了量子参照系与世界对称性的相关性根据物理学中最基本的原理之一，运动中火车上的观察者用与站在站台上的观察者相同定律来描述站台上的球——物理定律独立于参考系的选择。像火车和平台这样的参考系是物理系统，最终遵循量子力学的规律。
例如，它们可以同时处于不同位置叠加的量子态。那么对于这样一个“量子平台”上的观察者来说，这个球的描述会是什么样的呢？维也纳大学(University of Vienna)和奥地利科学院(Austrian Academy of Sciences)的研究人员证明：
博科园-科学科普：一个物体(在我们的例子中是球)是否具有量子特征取决于参考系，然而物理定律仍然独立于它，研究结果发表在《自然通讯》上。物理系统总是相对于参考系来描述，例如一个球在站台上弹跳，可以从站台本身或从一列经过的火车上观察到。物理学的一个基本原理，一般协方差原理，指出描述球的运动物理定律不依赖于观察者的参照系。自伽利略以来，这一原理一直是描述运动的关键，也是爱因斯坦相对论发展的核心，它包含了从不同参照系看到物理定律对称性的信息。参考系是物理系统，它最终遵循量子力学的规律。
量子特征，如量子叠加，只定义相对于观察者。当我们从站在站台上的观察者的角度看火车时，火车看起来是不同位置的量子叠加。图片：Christian Murzek/IQOQI-Vienna
领导的一组研究人员Časlav Brukner维也纳大学和研究所量子光学和量子信息(IQOQI-Vienna)奥地利科学院问自己是否可以制定物理定律从一个观察者的角度“附加”量子粒子和引入量子参考系。他们证明了一个人可以把任何量子系统看作一个量子参照系。特别是当列车上的观察者同时看到不同位置叠加的站台时，站台上的观察者看到列车处于叠加状态。因此它取决于观察者的参照系，像球这样的物体是具有量子性质还是经典性质。
然而坐在火车上的观察者看到站台上的观察者和球处于量子叠加状态。图片：Christian Murzek/IQOQI-Vienna
研究表明，协方差原理可以推广到这类量子参照系。这意味着物理定律的形式独立于量子参照系的选择。该论文的第一作者弗拉米尼亚•贾科米尼(Flaminia Giacomini)表示：我们的研究结果表明，世界的对称性必须在更基本的层面上得到扩展，这一见解可能在量子力学和引力的相互作用中发挥作用，而引力是一种尚未被探索的状态，因为在这种状态下，人们预计经典的参考系概念将是不够的，参考系必须从根本上是量子的。
博科园-科学科普｜研究/来自：维也纳大学
参考期刊文献: 《Nature Communications》
DOI: 10.1038/s41467-018-08155-0
博科园-传递宇宙科学之美
网友评论