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量子物理的基本定律也能繞開 首次規避海森堡測不準原理

ExMh_zhishexues ? 來源:知社學術圈 ? 作者:知社學術圈 ? 2021-05-24 10:33 ? 次閱讀

19世紀末,海森堡首次提出了不確定性原理。在量子物理學中,對于某一個確定的粒子,我們無法同時精確地知道粒子的位置和速度。海森堡曾言:“在因果律的陳述中,即‘若確切地知道現在,就能預見未來’,所錯誤的并不是結論,而是前提。我們不能知道現在的所有細節,是一種原則性的事情。”

在最近發表在science上的一篇論文中,芬蘭阿爾托大學的米卡·西蘭帕教授領導的研究小組發現,有一種方法可以規避不確定原理。

研究小組并沒有使用基本粒子進行實驗,而是使用更大物體——一對振動的鋁膜,類似于兩個小鼓,每個鼓長約10微米——10微米大概只有頭發絲直徑的五分之一,但按量子標準來看,它們是如此巨大,每個結構由大約一萬億個原子組成。兩個鼓膜震動的相位相反,研究小組用微波光子對膜進行擾動,使它們同步振動,并使其運動處于量子糾纏狀態。在任何給定的時間,隨著鼓的上下擺動,測量它們在平面上的位移表明它們處于完全相同的位置,并且測量它們的速度時會返回完全相反的值。

米卡·西蘭帕教授表示:“兩個鼓膜的 振動相 完全相反。”在這種狀態下,可以將兩個鼓視為一個量子力學實體,那么鼓膜運動狀態的不確定性就被消除了。這意味著研究人員能夠同時測量兩個鼓面的位置和動量—而根據海森堡不確定性原理,這是不可能的。打破不確定性原理使得他們能夠表征驅動鼓膜的極弱的力,“一個鼓膜延著相反的方向對另一個鼓膜所施加的所有的力做出反應,就像是有著負的質量”。

這項研究表明大的物體可以處于相對穩定的糾纏態,而糾纏對象不能被認為是相互獨立的。處于糾纏狀態中的物體,彼此之間可以具有任意大的空間間隔,可以表現出與經典物理學相矛盾的行為。對于同一個就糾纏態,研究人員可以進行多次測量,從而繞開了不確定性原理。也就是說,本實驗并沒有違反、打破不確定性原理,而是通過反作用規避了不確定性原理。

對于宏觀的物體,量子糾纏效應是很難維持穩定的,極易被周圍的環境擾動破壞。所以,進行這個實驗時溫度比絕對零度高0.01℃。研究小組表示他們將繼續這項研究,以探索量子力學和引力的相互作用。實驗所使用的振動鼓面有可能作為嶄新的元器件,用作連接大型分布式量子網絡節點的接口

參考文獻:

1.Quantum mechanics–free subsystem with mechanical oscillators” by Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley and Mika A. Sillanp??, 7 May 2021, Science.DOI: 10.1126/science.abf5389

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原文標題:量子物理的基本定律也能繞開?首次規避海森堡測不準原理

文章出處:【微信號:zhishexueshuquan,微信公眾號:知社學術圈】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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