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对于量子粒子来说:“之前”和“之后”毫无意义

对于量子粒子来说:“之前”和“之后”毫无意义

作者: 博科园 | 来源:发表于2018-09-22 22:10 被阅读1次

在我们熟悉的世界表面之下是一个更小的量子世界,它违背了我们关于时间和空间的基本观念。在这个小世界里,“之前”和“之后”的概念消失了,两个事件可以相互先于,也可以相互继承。换句话说,根据发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项新研究,A事件可以先于B事件发生,B事件也可以先于A事件发生。这个被称为“量子开关”的想法最初是由另一个团队在2009年提出,此后一直在理论和实验上进行探索。

博科园-科学科普:这项新研究的共同作者、法国尼尔研究所(NEEL Institute)的物理学家西里尔·布兰西亚德(Cyril Branciard)说:此前的实验表明,事件A可以先于事件B,也可以成功,但研究不能说这两种情况发生在同一个地方。为了确定这些违反因果关系的行为到底发生在哪里,研究者们“用一种稍微不同的结构实现了另一种量子开关。新的设计可以通过实验证明,A事件发生在B事件之前和之后,不仅在同一时间,而且在同一地点。

布兰西亚德和团队编写程序,观察光子(光的量子粒子)是如何在电路中运动的。光子可以选择两种路径中的一种:如果光子选择一条路径,就称其为事件A,如果它选择另一条路径,就称其为事件B。光子可以被认为既是粒子又是波,如果研究人员使用一个具有水平偏振的光子(这些波振荡的方向)光子将首先通过路径A,然后向后通过路径B,这意味着事件A发生在B之前。如果他们垂直地使光子极化,光子将首先通过路径B,然后是A,这意味着B发生在A之前。但在量子世界中,一种被称为叠加的奇异现象占据主导地位。

图片:Shutterstock

在叠加态下,光子可以是水平偏振的,也可以是垂直偏振的——正如著名的薛定谔猫佯谬所示,量子世界中的一只猫可能是死的,也可能是活的。

然而,这里有一个问题:物理学家不能实际看到或测量光子在做什么;测量的行为本身就会破坏叠加。这种测量将迫使光子‘选择’遵循这样或那样的顺序。相反设置了一系列的“障碍”,或光学元件,如透镜和棱镜,间接地使这两个事件区别开来。当光子穿过这些路径时,透镜和棱镜改变了每个光子的波的形状。这反过来又改变了它们的偏振,偏振方向可以是上、下、侧,或者任何角度。

在光子旅行的最后,研究人员可以测量新的偏振。研究团队以不同的方式设置了光学元件,这样就可以在不同的设置下进行多次试验。在整个实验过程中所采取的一系列测量方法作为“因果见证”——如果这个值为负,就意味着光子会同时在两条路径上运动。事实上,当光子处于这种叠加状态时,因果证据是否定的,表明光子同时在两条路径上运动,意思是“之前”和“之后”对这些微小粒子没有任何意义。事件A引起事件B,事件B同时引起事件A。在未来,这种量子开关可以加强量子设备的通信。

博科园-科学科普|文:Yasemin Saplakoglu/Live Science

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网友评论

  • 写字人已失踪:纸上的理论先于实践,还是实践先于理论的争议问题,

    前者和后者的关系本就是相互纠缠下才让你看明白了点什么,你要选择在运转中一个点,在不断推动和变化中又跑去了另一个点,这才是亮点!

    原来,不管你站哪里都会慢慢跟随的推动,让你走完这个圈圈而已。

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