@ 2019.02.17 , 10:00

违背了鸽笼原理的「量子鸽子」

如果养了3只鸽子,却只有2个笼子,那无论怎样安排,我们会发现至少会有1个笼子里有2只鸽子。这一现象就是我们所说的鸽笼原理或抽屉原理。但根据1月29日《美国国家科学院院刊》的报道,光子或光量子粒子可能违反了这一规则。

量子力学就是这么不讲道理——科学家们发现,3只“量子鸽子”——技术上就是量子粒子 ——可以挤到2个笼子里,同时保证每个笼子里恰好只有1只鸽子;这就是所谓的量子鸽笼效应。

“量子鸽笼效应冲击了我们的世界观……因此,非常有必要通过极其明确、严密的实验来验证它。”研究合作者、中国科学技术大学物理学家陆朝阳和潘建伟在一封电子邮件中写道, “它可能是通向更复杂和更基本量子现象的线索。”

在实验里,研究人员用光子来取代了鸽子。鸽笼的意象来自于粒子的极化,或者光子的电磁波的方向——电磁波可以是水平的也可以是垂直的。由于存在3个光子和2个极化方向,标准的鸽笼原理指出,至少2个光子的极化方向是相同的。但观察到的实验结果却是,3个光子占据了2个极化方向,但任意2个光子之间没有相同的状态。

加州奥兰治查普曼大学的Jeff Tollaksen最初在2014年时,根据理论推导预言了这一现象。没多久,他和同事通过实验验证了预言。虽然今年的实验已经不是第一次,但Tollaksen认为,新的实验是目前最成功,最有说服力的结果。

他们首次证实,量子鸽子只在特定条件下才能无视基本数学中的计数规则。Tollaksen和他的同事曾预测,对极化方向的测量必须是弱的,以免干扰到微妙的量子效应。Tollaksen他们又对了。

也是在2014年,Tollaksen还预言并验证了“量子柴郡猫”效应。类似于《爱丽丝梦游仙境》里的柴郡猫,量子柴郡猫可以在本体消失的时候,留下部分物理特征(童话里是柴郡猫大笑的嘴巴,物理实验里是保留了中子的磁矩)。

本文译自 sciencenews,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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