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量子力学重大突破:追踪未被观察的量子粒子

量子客体能够以波或粒子的形式存在,这是量子理论的基本原理之一。(NASA)

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【大纪元2018年01月05日讯】(大纪元记者晨曦编译报导)量子客体能够以波或粒子的形式存在,这是量子理论的基本原理之一。然而,只有当被测量时,它们才会以某种形式存在。在量子客体未被观察的情况下,科学家们曾认为无法对其进行识别或追踪。但是,最近发表在《物理评论A》(Physical Review A)期刊上一项研究表明,剑桥大学的物理学家们已经证实,追踪未被观察的量子粒子并非毫无可能。

该论文的主要作者是剑桥卡文迪甚实验室(Cambridge’s Cavendish Laboratory)的一名博士生David Arvidsson-Shukur,他对名为“波函数”的物理假定产生了兴趣,并解释说,虽然波函数看似包含大量信息,但它更多被用作数学工具,而非真实的量子粒子的表现。“这就是为什么我们要接受这个挑战,设法追踪量子粒子的神秘运动。”

研究者们发现,他们可以通过检查量子客体和其环境的作用方式,追踪到未被观察的量子粒子,而无需测量客体本身。

当粒子运动时,会给其环境留下“标记”,或者说与环境相互作用。每一个“标记”都会将粒子内的信息进行编码。研究者们设法在不直接观察粒子的情况下,确定这些“标记”的位置。

研究人员还发现,在追踪这些“标记”的过程中,当实验结束、观察到粒子时,还可以对粒子信息进行解码。这将使科学家们能够追踪量子粒子的运动,从而更深入的了解其特点。

凭借这种追踪未被观察的量子粒子的新手段,科学家们就可以检验以前的有关量子力学的预测,比如:一个粒子能同时存在于两个地方;心灵感应,即两个人在没有任何粒子交往的情况下进行信息传递。

因此,该研究不仅证实了原先被认为根本不可能的事情是存在的,更让科学家们有机会验证心灵感应的潜在可能性。

但或许更重要的是,这项突破扩充了物理学家们对波粒子的理解。原先,波例子被看作是抽像的计算工具,只是用来预测量子实验的结果。但进行该研究的学者们发现,在每次“标记”后,每个量子内的编码信息就与其波函数直接有关。

“我们的结果表明,波函数和粒子的实际状态紧密相关,” Arvidsson-Shukur解释道。“因此,我们得以探索到量子力学的禁区:在量子粒子未被观察的情况下,确定其运动路径。”

该研究有助于进一步了解量子粒子和波粒子的运动及表现。可以预见,量子物理的基本“真理”将会被大量的新信息所检验,许多令人激动的新发现也将呈现在人们眼前。◇

责任编辑:朱涵儒

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2018-01-06 5:15 PM
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