量子悖论指向现实的不稳定基础

将近60年前，诺贝尔物理学奖获得者尤金·威格纳（Eugene Wigner）在一项思想实验中捕捉到了量子力学的众多奇特之一。他想象着他的一个朋友，被密封在实验室里，在维格纳站在外面时测量诸如原子之类的粒子。著名的量子力学允许粒子同时占据多个位置（所谓的叠加），但是朋友的观察使粒子“塌陷”到一个点。但是对于维格纳来说，叠加仍然存在：崩溃只有在他稍后某个时间进行测量时才会发生。更糟糕的是，维格纳还看到朋友处于叠加状态。他们的经验直接冲突。

现在，澳大利亚和台湾的研究人员也许最清楚地证明了维格纳悖论是真实的。在本周发表在《自然物理学》上的一项研究中，他们将思想实验转化为一个数学定理，该定理确认了方案核心的不可调节矛盾。该团队还使用光子作为人类的代理，通过实验测试了该定理。维格纳认为解决这一悖论需要量子力学能够打破诸如人类观察者之类的大型系统，而一些新研究的作者则认为，根本性的东西也像薄冰一样：客观性。这可能意味着没有绝对的事实，对我和对你都是如此。

“这有点令人不安，”格里菲斯大学的合著者娜拉·蒂施勒（Nora Tischler）说。“测量结果是科学的基础。如果这不是绝对的，那就很难想象了。”

洛桑大学的物理学家兼哲学家达斯汀·拉扎罗维奇（Dustin Lazarovici）说，对于那些把维格纳（Wigner）这样的思想实验当作解释性的肚脐注视而不予考虑的物理学家，该研究表明矛盾可能会出现。他说：“本文竭尽全力说出那些只想讨论一些根本性问题的人的语言，从而可能迫使至少一些人直面这些问题。”

近年来，维格纳的思想实验受到了新的关注。2015年，维也纳大学的aslavBrukner测试了最直观的方法来解决这一悖论：实际上，实验室中的朋友已经在一处或另一处看到了粒子，而Wigner只是不知道那是什么。 。用量子论的术语来说，朋友的结果是一个隐藏变量。

布鲁克纳在他自己的思想实验中排除了这个结论，他使用了一种基于量子纠缠的技巧，将隐藏的变量公开化。他设想建立两个对的维格纳配对，并给每个粒子一个与其伴侣纠缠在一起的粒子，以使它们的属性在测量时相互关联。每个朋友测量粒子，每个维格纳测量朋友的粒子，然后两个维格纳比较音符。重复该过程。如果朋友看到明确的结果（您可能会怀疑），维格纳斯自己的发现将仅显示出弱的相关性。但是相反，他们发现了强相关性的模式。“您遇到矛盾，”布鲁克纳说。

但是在2018年，亚利桑那大学物理学哲学家理查德·希利（Richard Healey）指出了布鲁克纳的思想实验中的一个漏洞，蒂舍尔和她的同事们现已关闭了这一漏洞。在他们的新方案中，他们做出了四个假设。一个是朋友获得的结果是真实的：它们可以与其他度量结合起来以形成共享的知识语料库。他们还假设量子力学是普遍的，对观察者和对粒子一样有效。观察者所做的选择没有因上帝般的超决定论而引起的特殊偏见；并且物理学是局部的，除了最有限形式的“怪异动作”，在远处都没有。

然而，他们的分析表明，维格纳悖论的矛盾仍然存在。该团队的桌面实验（在实验中他们创建了纠缠的光子）也支持了这一悖论。光学元件将每个光子控制在一条取决于其极化的路径上：这相当于朋友们的观察结果。然后，光子进入扮演维格纳角色的第二组元素和探测器。团队再次发现，朋友和维格纳夫妇之间的不可调和不匹配。而且，它们精确地改变了粒子的纠缠程度，并表明与Brukner的情形不同，这种失配是在不同的条件下发生的。“这表明我们确实在这里有了新的东西，”蒂施勒说。

它还表明必须给出四个假设之一。很少有物理学家认为超定论可能是罪魁祸首。有些人将局域性视为薄弱点，但它的失败将是显而易见的：一个观察者的动作甚至在很远的距离内都会影响另一人的结果-一种比量子理论家通常认为的类型更强的非局域性。因此，有人质疑观察者可以凭经验汇总其测量结果的宗旨。“一个观察者有事实，另一观察者有事实；研究的合著者和格里菲斯物理学家霍华德·怀斯曼（Howard Wiseman）建议。这是一种激进的相对主义，至今仍令许多人感到震惊。布宜诺斯艾利斯大学物理学哲学家奥林匹亚·伦巴第（Olimpia Lombardi）说：“从经典的角度来看，每个人看到的东西都被认为是客观的，独立于其他任何人看到的东西。”

然后，维格纳得出结论，量子力学本身就崩溃了。在这些假设中，通过对量子力学进行更大范围探索的实验，它是最可直接测试的。格里菲斯的另一位合著者埃里克·卡瓦尔坎蒂（Eric Cavalcanti）说，但是一个无法在分析中幸存下来的职位是没有职位。他说：“大多数物理学家都认为：'那只是哲学上的庞然大物。' “他们将很难过。”

资料来源：物理学期刊