他们,真的做了个实验,去验证一件看上去像科幻小说的事

360影视 动漫周边 2025-03-22 15:52 1

摘要:在上海交大和合肥国家实验室,研究人员用两个量子存储器,实打实测了一种非局域的能量“变动”——一个粒子的能量,可以因为另一个远距离粒子的状态变化而被动调整。

在上海交大和合肥国家实验室,研究人员用两个量子存储器,实打实测了一种非局域的能量“变动”——一个粒子的能量,可以因为另一个远距离粒子的状态变化而被动调整。

不是传送,也不是转移,是一种无声无息的“再分配”。先别急着说这是超光速,物理学家们一开始就说清楚了,这不是“传输”,只是“改变”,alteration,而不是transfer。

这是在挑战我们对能量的本能理解。

人类对能量的直觉,来自牛顿以来的经典观,甚至到了爱因斯坦,也是强调局域性的。一个系统的能量只能在它内部转移,或通过相邻边界交换。

但量子力学,从第一天起,就一直在嘲笑这种“直觉”。贝尔不等式早已证明世界是非局域的,只是那是信息的非局域,态的非局域。能量,一直还算“老实”。

这次,他们用的是一套非常规的解释体系:德布罗意-玻姆理论。这是一套非主流但非常坚韧的解释框架,也叫隐变量理论,它提供一种直观的图景:粒子有轨迹,波函数是引导场。

波不是“概率的抽象”,而是真实存在的导引场。粒子在这个场中运动,轨迹可以计算。这不是哥本哈根学派的那套“测不准”或“概率坍缩”,而是一种类经典的连贯解释方式。很多人不爱它,因为它太“确定”,太像老派世界观。但它有一个巨大优点:直观。

而直观的东西,就更容易设计实验去验证。

他们用了两个量子存储器。这个装置可以生成、储存、操控和读取量子态,本质上就是“量子记忆”。在这个系统中,他们通过自发拉曼散射产生了一对纠缠对象:一个Stokes光子,一个原子激发态。光子是第一粒子,激发态是第二粒子。因为它们是同步产生的,天然就存在纠缠。这不是后期人为制备的纠缠态,而是源头上就是纠缠的。

然后,是如何测量这两个粒子的能量分布变化。他们构建了一个类马赫-曾德尔干涉仪的光学装置,用以探测干涉图样。重点来了,他们不是直接测量粒子的能量,而是追踪能量分布的变动轨迹,也就是所谓的Bohm轨迹。

在玻姆理论里,粒子是有轨迹的。不是像主流量子力学那样“等你测了才知道在哪儿”,而是一直就在那里走。

他们用两种方式测量这些轨迹。一种是强测量——直接读取量子存储器的内容,粒子状态坍缩,测得分布。另一种是弱测量——一种更温和、更量子化的方式,类似于盲人摸象,一点点感知粒子的位置和状态,不致坍缩整体系统态。

关键是,弱测量 + 后选择(post-selection)成为他们揭示量子能量变动的秘密武器。在这种测量机制下,他们发现了一种异常:某些情况下,能量在一侧“消失”,但在另一侧“出现”。没错,不是转移过程,而是“瞬间”重构。

这一过程的概率分布,与玻姆理论所预测的轨迹分布高度一致。如果你觉得这是巧合,那么请注意,他们在实验中不断调整初始条件、量子态、测量参数,但这种非局域能量变动的“可复现性”仍然存在。

这种非局域性,不仅仅存在于态的崩塌之中,而是真正触及了“能量”本身。也就是说,能量的再分布,不再仅仅是经典意义上的“局域交换”,而是量子纠缠带来的空间再定义。粒子A测量完之后,粒子B的能量就“自动”调了一下。不是因为什么力传过去了,而是因为它们就是一个整体。

这才是“纠缠”的深意。不是“你动我才动”,而是“我本就是你”。

过去很多年,物理学界对于玻姆理论是有偏见的,认为它虽然数学上自洽,但解释不优雅。哥本哈根解释主导教科书,因为它计算方便、语义含糊,容易教。而玻姆的东西太直给,太机械,像个古董。但这次实验,是对玻姆理论一次罕见的实证支持。

他们还特别指出,不要搞错概念,这不是能量瞬移,不是EPR粒子携带信息超光速交流。不是传输,而是alteration——修改。

这在量子信息中非常关键。我们可以接受量子态非局域,但能量?我们还是本能地认为它是守恒的,是局域的,是“物理法则最硬的骨头”。

他们还提到一点,很多人容易忽视:这不是否定主流量子力学,而是用另一种解释框架来拓展可能性。实验数据也没有推翻哥本哈根解释,只是玻姆理论也能解释,并且更具描述力。

更关键的是,这种量子存储器+弱测量+后选择的组合,提供了一种新方法,可以去测量那些过去只能“推测”的量子过程。比如“延迟选择”,比如“空波现象”,比如“干涉区的光速震荡”——这些过去都只能理论分析,现在有望真正动手“看见”。

量子存储器本身在这个实验中也被再次“拔高”了地位。它不再是量子通信里的工具角色,而成为研究量子本质现象的核心实验平台。能精确制备、储存、扰动和读取量子态的设备,本质上就是一个微型“量子世界观观察站”。

现在的问题变成了:这种非局域能量变动现象,会不会只是玻姆理论的特例?还是说,在更广泛的纠缠体系中都成立?

还有,是否所有能量形式(不只是激发态)都存在这种非局域调配机制?如果答案是肯定的,那么人类对“守恒”的理解,就要被重新诠释。能量仍然守恒,但它不必通过场论路径从A走到B,而是纠缠结构在决定它出现在哪里。在这个结构中,“哪里”不是空间坐标,而是“态的关系”。

也许,粒子真有轨迹。也许,世界比我们想的,更联系紧密。

来源:老胡科学

相关推荐