量子物理学再度接受检验-新华网
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2025 11/27 10:02:40
来源:参考消息网

量子物理学再度接受检验

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  参考消息网11月26日报道 据西班牙《趣味》月刊网站11月4日报道,在海森贝格与爱因斯坦就现实意义展开争论一个世纪后,一项新实验或将检验量子物理学中最令人困惑的观点之一:世界是如我们所见这般存在,还是说本质上只有在被观察时才变得真实。

  最新实验

  1925年夏天,一位名叫维尔纳·海森贝格的年轻德国物理学家正犹豫着是否该烧掉自己的手稿。他刚刚写下的内容将永远改变我们理解世界的方式:量子力学的基础。它颠覆了电子如行星般沿可预测轨道旋转的传统认知,取而代之的是概率、不连续性,以及一个确定性逐渐消逝的宇宙。百年后的今天,我们仍在运用量子力学构建从半导体到激光器的科技,却始终未能就其揭示的世界本质达成统一共识。

  如今,一项新实验设计重新让我们想起了阿尔伯特·爱因斯坦最严厉的批评,而那个令他深感不安的“超距作用”终于能以他无法想象的精度被测量出来。如果测量结果与预期不符,我们将面临一个重新思考的契机:不仅是对物理学,更是我们对“存在”本身的认知。

  1925年,当海森贝格提出新力学理论时,他意识到电子并非遵循固定轨迹运动,其行为只能通过概率来预测。这个理念与当时的常识相去甚远,令人不禁质疑:如果无法确定位置和方向的存在,这究竟意味着什么?

  尽管该理论在业内引发了极大兴趣,但也遭遇强烈抵制。爱因斯坦尤其无法接受现实受制于观测的观点。他无法容忍测量行为改变被观测物的状态,更无法认同两个粒子之间存在瞬间影响,即“超距作用”。

  到底是认同遵循自身规则的客观宇宙,还是认同测量行为发挥主动作用的宇宙,这种历史性的冲突始终是根本矛盾。因此,量子力学揭示的困境已超越纯技术范畴:我们的现实是“客观存在”还是“通过观察构建而成”?

  进入21世纪后,实验领域取得了显著突破。例如,约翰·贝尔著名的贝尔不等式已在2015年通过更严谨的实验得到验证,该实验消除了传统的局部现实主义的“漏洞”,证明自然界无法遵循爱因斯坦所期望的经典因果模型。此外还有更大胆的设计:诸如维格纳的朋友(Wigner's friend)悖论的研究,以及雷纳托·伦纳和丹尼尔·弗劳奇格近年来提出的定理,这些理论认为即使观察者就单一状态达成共识,在数学上也存在问题。

  此外,诸如连续自发定位(CSL)模型或吉拉迪-里米尼-韦伯理论(GRW)等客观坍缩假说也提出,这些模型预测,如果坍缩真实存在,将产生次生物理效应(例如噪声和量子去相干)。所有这些实验和模型不仅重新审视了爱因斯坦的旧有论争,更将其提升至当今可测量的领域。因为“物理坍缩”与“信息坍缩”的差异已不仅是哲学层面的,更是技术层面的。

  棘手问题

  新的实验设计直接触及了一个棘手的问题:当我们测量粒子时,是否真的发生了物理坍缩,抑或只是在一个正常演化的宇宙中更新了信息?最近的研究提出了利用离子阱系统、高级原子干涉测量技术或远距离测试来捕捉可能的坍缩速度的方法。

  这些实验目前仍主要处于预发布阶段,旨在探测目标坍缩模型的痕迹——例如能量增加或意外的去相干现象,而这相当于量子“叠加态”在实质上而非表面上遭到破坏。

  如果能探测到此类痕迹,我们将迎来一场概念革命:现实将在物理时刻被“决定”。如果未检测到,则可能使天平倾向于将波函数视为单纯的计算工具而非坍缩实体。关键在于,这已不再是“你如何解读”的问题,而是“谁的解释正确”的问题,而物理学能够给出答案。

  未来之窗

  对许多读者而言,量子力学听起来充满奇幻色彩:猫同时处于生死两种状态、粒子在不同状态间瞬移、遥远距离的量子纠缠。但事实上,我们的日常科技正依赖于此:从晶体管到核磁共振,乃至未来的量子计算机。

  那么,基础的不确定性如何影响我们对世界的认知?如果现实取决于观察或技术操作,那么“存在”与“测量存在”之间的界限就会变得模糊。反之,如果客观坍缩确实存在,我们就必须承认自然会独立于人类的信念而“选择”特定的状态。

  无论哪种情况,我们对“真实存在”的认知都变得更为复杂:仅知道物体的质量和速度已远远不够,还必须了解我们如何与之交互和如何进行测量。

  从这个意义上说,新一代的实验为更精妙的宇宙学打开了一扇窗。“什么是真实”这个问题不再只是修辞手法,而是具有科学意义的命题。正因如此,本文不仅面向物理学家,更献给所有渴望探索宇宙内在运行机制的读者。(编译/刘丽菲)

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