量子物理學再度接受檢驗-新華網
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2025 11/27 10:02:40
來源:參考消息網

量子物理學再度接受檢驗

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  參考消息網11月26日報道 據西班牙《趣味》月刊網站11月4日報道,在海森貝格與愛因斯坦就現實意義展開爭論一個世紀後,一項新實驗或將檢驗量子物理學中最令人困惑的觀點之一:世界是如我們所見這般存在,還是説本質上只有在被觀察時才變得真實。

  最新實驗

  1925年夏天,一位名叫維爾納·海森貝格的年輕德國物理學家正猶豫着是否該燒掉自己的手稿。他剛剛寫下的內容將永遠改變我們理解世界的方式:量子力學的基礎。它顛覆了電子如行星般沿可預測軌道旋轉的傳統認知,取而代之的是概率、不連續性,以及一個確定性逐漸消逝的宇宙。百年後的今天,我們仍在運用量子力學構建從半導體到激光器的科技,卻始終未能就其揭示的世界本質達成統一共識。

  如今,一項新實驗設計重新讓我們想起了阿爾伯特·愛因斯坦最嚴厲的批評,而那個令他深感不安的“超距作用”終於能以他無法想象的精度被測量出來。如果測量結果與預期不符,我們將面臨一個重新思考的契機:不僅是對物理學,更是我們對“存在”本身的認知。

  1925年,當海森貝格提出新力學理論時,他意識到電子並非遵循固定軌跡運動,其行為只能通過概率來預測。這個理念與當時的常識相去甚遠,令人不禁質疑:如果無法確定位置和方向的存在,這究竟意味着什麼?

  儘管該理論在業內引發了極大興趣,但也遭遇強烈抵制。愛因斯坦尤其無法接受現實受制於觀測的觀點。他無法容忍測量行為改變被觀測物的狀態,更無法認同兩個粒子之間存在瞬間影響,即“超距作用”。

  到底是認同遵循自身規則的客觀宇宙,還是認同測量行為發揮主動作用的宇宙,這種歷史性的衝突始終是根本矛盾。因此,量子力學揭示的困境已超越純技術範疇:我們的現實是“客觀存在”還是“通過觀察構建而成”?

  進入21世紀後,實驗領域取得了顯著突破。例如,約翰·貝爾著名的貝爾不等式已在2015年通過更嚴謹的實驗得到驗證,該實驗消除了傳統的局部現實主義的“漏洞”,證明自然界無法遵循愛因斯坦所期望的經典因果模型。此外還有更大膽的設計:諸如維格納的朋友(Wigner's friend)悖論的研究,以及雷納托·倫納和丹尼爾·弗勞奇格近年來提出的定理,這些理論認為即使觀察者就單一狀態達成共識,在數學上也存在問題。

  此外,諸如連續自發定位(CSL)模型或吉拉迪-裏米尼-韋伯理論(GRW)等客觀坍縮假説也提出,這些模型預測,如果坍縮真實存在,將産生次生物理效應(例如噪聲和量子去相干)。所有這些實驗和模型不僅重新審視了愛因斯坦的舊有論爭,更將其提升至當今可測量的領域。因為“物理坍縮”與“信息坍縮”的差異已不僅是哲學層面的,更是技術層面的。

  棘手問題

  新的實驗設計直接觸及了一個棘手的問題:當我們測量粒子時,是否真的發生了物理坍縮,抑或只是在一個正常演化的宇宙中更新了信息?最近的研究提出了利用離子阱系統、高級原子干涉測量技術或遠距離測試來捕捉可能的坍縮速度的方法。

  這些實驗目前仍主要處於預發布階段,旨在探測目標坍縮模型的痕跡——例如能量增加或意外的去相干現象,而這相當於量子“疊加態”在實質上而非表面上遭到破壞。

  如果能探測到此類痕跡,我們將迎來一場概念革命:現實將在物理時刻被“決定”。如果未檢測到,則可能使天平傾向於將波函數視為單純的計算工具而非坍縮實體。關鍵在於,這已不再是“你如何解讀”的問題,而是“誰的解釋正確”的問題,而物理學能夠給出答案。

  未來之窗

  對許多讀者而言,量子力學聽起來充滿奇幻色彩:貓同時處於生死兩種狀態、粒子在不同狀態間瞬移、遙遠距離的量子糾纏。但事實上,我們的日常科技正依賴於此:從晶體管到核磁共振,乃至未來的量子計算機。

  那麼,基礎的不確定性如何影響我們對世界的認知?如果現實取決於觀察或技術操作,那麼“存在”與“測量存在”之間的界限就會變得模糊。反之,如果客觀坍縮確實存在,我們就必須承認自然會獨立於人類的信念而“選擇”特定的狀態。

  無論哪種情況,我們對“真實存在”的認知都變得更為複雜:僅知道物體的質量和速度已遠遠不夠,還必須了解我們如何與之交互和如何進行測量。

  從這個意義上説,新一代的實驗為更精妙的宇宙學打開了一扇窗。“什麼是真實”這個問題不再只是修辭手法,而是具有科學意義的命題。正因如此,本文不僅面向物理學家,更獻給所有渴望探索宇宙內在運行機制的讀者。(編譯/劉麗菲)

【糾錯】 【責任編輯:郭曉婷】