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    在一篇令人费解的新论文中物理学家们对薛定谔的猫咧嘴一笑

    发布日期:2020-12-19 08:44 物理论文

      “我经常看到一只咧嘴笑的猫脸,”爱丽丝想,“但是却看不见这只咧嘴笑猫的身体!这是我一生中见过的最奇怪的事!”(爱丽丝是英国作家刘易斯·卡罗尔(Lewis Carroll,1832-1898)创作的童话《爱丽丝漫游奇境记(Alices Adventure in Wonderland)》中的主人翁,里面虚构了一只柴郡猫(Cheshire cat),形象是一只咧着嘴笑的猫,拥有能凭空出现或消失的能力,甚至在它消失以后,它的笑容还挂在半空中。)

      这是著名物理学家亚基尔·阿哈罗诺夫的经历。他和以色列物理学家丹尼尔·罗利希(Daniel Rohrlich)一起,从理论上展示了一个粒子如何在实验的一个角落里露出自己的脸,而不需要它的身体出现在任何可见的地方。

      这一理论可以追溯到2013年,当时美国和沙特阿拉伯的研究人员提出,施加在量子波上的一种冻结效应可能仍不足以阻止量子波传输信息。

      阿哈罗诺夫向安娜·德明(Anna Demming)解释说:“我们发现这一点非常有趣——两个互相交流的人之间没有任何交流的可能性。”“我们想看看我们是否能更好地理解它。”

      想象一个走廊,它的一端盖在一扇镜子门上。在量子物理学中,物体只有在被观察到之前才被定义,这扇门在被看见之前是开着的,也是关着的,这与薛定谔提出的思想实验中被定罪的猫没什么不同。

      如果一个粒子被送入走廊,它的命运也将是一个模糊的可能性,直到它的旅程被知道,它会反映而不反映、通过和不通过。

      这是因为粒子的可能性波具有任何物理波的特征。有波峰和波谷控制着粒子在某处被发现的几率,还有随着时间的推移而变化的相位。

      简单地说,根据物理学家的说法,描述其角动量(或自旋)的粒子相位的一部分应该随着反射镜的打开或关闭状态而改变。

      即使粒子本身不应该靠近走廊的那一端,阿哈罗诺夫和罗里奇也发现,几乎就好像动量应该能够在携带一些信息之前,用一个幽灵般的手指触碰紧闭的门。

      粒子通常不会让自旋或电荷之类的东西消失,也不会影响到遥远的环境,就像猫脸离开时保持微笑一样。

      “如果你说的是一只猫和它的笑容,那就很奇怪了,”罗里奇在《物理快报》网站告诉德明.

      “但是,当然,所有这些都必须转换回基本粒子,如果一个基本粒子因为它的自旋去了其他地方而失去了它的自旋,也许这是我们可以习惯的事情。”

      阿哈罗诺夫对量子物理学的仙境般的荒谬并不陌生。半个多世纪前,他与著名理论物理学家大卫·玻姆合作,进行了一项涉及电磁场中粒子非局域效应的分析。

      在现在被称为阿哈罗诺夫-玻姆效应中,带电粒子可以受到电磁势的影响,即使它被限制在周围磁场和电场都为零的区域。

      想象一下,当海洋静止,空气平静时,一艘帆船在快速前进。当然,你可能会争辩说,肯定是有什么东西在轻推船只。如果没有任何明显的强迫运动,如果没有任何明显的强迫运动,您的眼睛就会不知所措地向地平线移动。

      对于量子物理学家来说,这种遥远的效应究竟是什么,和我们其他人一样令人困惑。

      为了使物体移动,物体需要越过其位置并告诉其移动的方式或速度。事情不仅取决于自己如何行动。

      然而,我们已经看到量子物理中一些明显的“幽灵”行为尚未得到充分解释。被过去的联系“纠缠”的波可以立即分解成相互关联的离散粒子,无论它们之间的距离有多远。

      阿哈拉诺夫的解释基于一个被称为模动量的概念:没有量子场论数学的坚实基础,粒子的特性很难被详细地理解。

      基本上,与日常动量不同的是,我们可以通过发射子弹和漂浮的气泡直接体验到动量,模块化动量在概率波的量子世界中占有一席之地,因为它们在空间中相互波动和相互干扰。

      这并不是我们用来描述弹球在机器中如何反弹的动量。但它是一种动量,使我们在计算运动的可能性时知道它的存在,即使它的作用的后果有点难以想象。

      阿哈罗诺夫告诉《物理快报》说:“尽管特性可以离开它们的粒子是非常令人惊讶的,但说什么也没有发生并产生效果并不令人惊讶,”

      对于阿哈罗诺夫和罗利希来说,这项分析的目的是解决粒子在局部作用意味着什么的概念,这意味着它的特性——比如柴郡猫的咧嘴笑容——有时可能比它身体的位置更重要。


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