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量子力学确实模糊了因果关系
Credit: 123RF
最新的实验证实，量子力学允许事件的发生无视因果顺序。这项工作由澳大利亚昆士兰大学的Jacqui Romero，Fabio Costa及其同事合作完成，他们说，如果我们能够更好地领会因果混乱事件的意义，或许就能找到将爱因斯坦的广义相对论与量子理论统一到一起的方法。
在经典物理学和日常生活中，连续事件之间存在着严格的因果关系。例如，如果第二个事件(B)发生在第一个事件(A)之后，那么B的结果不会影响到A的结果。然而，这种确定的关系在量子力学中变得异常脆弱，因为粒子波函数的在时间中的演化可能意味着A和B的因果顺序不能总是通过诸如光子这样的量子粒子的接收顺序来区分。
在他们的实验中， Romero及其同事创造了一种“量子开关”，其中光子有两条可能路径。一条路径上，在B事件发生在A之前；而在另一条路径上，B的结果出现在A事件之前。经过的实际路径由光子进入开关时的初始极化状态所确定。
该实验使用了偏振分束器，其沿不同路径发送不同偏振方向的光子。光子源相对于分束器来说是对角方向偏振的，这意味着光子有50％的几率选中任一条路径。
两条路径后半段汇聚成一条路径，在末端接收光子，并测量其偏振角度。如果系统具有确定的因果关系，我们精心设计的事件A和B的发生顺序会影响到最终光子的偏振方向。
该团队使用A和B的几种不同类型的操作设计了实验，并且在所有情况下，他们发现对光子的测量结果都显示出，事件A和B之间没有明确的因果顺序。实际上，这些测量结果对非因果关系的支持达到18σ的惊人的统计显著性——远远超过通常被认可为物理学新发现的5σ阈值。
除了在相对论和量子力学之间建立起实验联系之外，研究人员还指出他们的量子开关可以用于现实的量子技术。“这只是新原理的第一个线索性证据，但在更大的层面上，不确定的因果关系可能具有现实的实际应用价值，例如提升量子计算机的性能或改善通信手段。”Costa补充说。
《物理评论快报》报道了实验细节。
本文译自 physicsworld，由 majer 编辑发布。