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对于微小的光粒子,“前”和“后”都没有意义

在我们熟悉的世界的表面之下是一个更小的量子世界,它违背了我们对时间和空间的基本概念。

在这个小世界中,“before”和“after”的概念被分解,这样两个事件既可以先于另一个事件,也可以彼此成功。换句话说,根据8月31日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一项新研究,事件A可以发生在事件B之前,而事件B可以发生在事件A之前。

这一概念被称为“量子开关”,最早由另一个团队于2009年提出,此后在理论和实验上都进行了探索。这项新研究的合著者、法国奈尔研究所的物理学家西里尔·布兰奇亚德说,先前的实验表明,事件A既可以先于事件B,也可以成功于事件B,但研究不能说这两种情况发生在同一个地方。Branciard在接受《生活科学》杂志采访时说:“在物理学中,9个最大的未解之谜是‘

’‘

’。为了准确地确定这些违反因果关系的行为发生在哪里,研究人员‘实现了另一个结构稍有不同的量子开关’。”。Branciard告诉《现场科学》,新的设计使他们能够通过实验证明,事件A在事件B前后不仅同时发生,而且发生在同一地点,

Branciard和他的团队编程并观察光子(光的量子粒子)是如何通过电路的。光子可以走两条路径中的一条:如果光子走一条路径,他们称之为发生事件A,如果它走另一条路径,他们称之为事件B。

光子可以被认为是粒子和波。如果研究人员使用一个具有水平偏振的光子——这些波振荡的方向——光子将首先穿过路径a,然后向后穿过路径B,这意味着事件a发生在B之前。如果他们垂直偏振光子,光子将首先穿过路径B,然后a,意味着B发生在

之前,但在量子世界中,一种被称为叠加的奇异现象占据了主导地位。在叠加中,光子可以是水平和垂直偏振的——正如著名的薛定谔猫悖论所说明的,在这个悖论中,量子世界中的猫可以是死的也可以是活的,Branciard说,

有一个陷阱,然而:物理学家实际上不能看到或测量光子在做什么;测量本身就破坏了叠加。”Branciard说,这种测量将迫使光子“选择”遵循一个或另一个顺序,

相反,它们设置了一系列“障碍物”,或透镜和棱镜等光学元件,间接地使这两个事件彼此区别开来。当光子穿过路径时,透镜和棱镜改变了每个光子的波的形状。这反过来改变了它们的偏振方向,根据Branciard的说法,这个方向可以是向上、向下、横向,也可以是任何角度。在光子旅程的最后,研究人员可以测量新的偏振态。

Branciard和他的团队以不同的方式设置光学元件,以便他们可以在不同的设置下进行许多试验。在整个实验过程中所进行的测量的组合作为一个“因果见证”—如果该值为负,则意味着光子将同时沿着两条路径移动。

实际上,当光子处于这种叠加状态时,因果见证为负,显示光子同时沿着两条路径移动,对这些微小的粒子来说“之前”和“之后”都没有意义。事件A引起事件B,事件B同时引起事件A。Branciard说:

将来,这种量子开关可以增强量子设备中的通信。

最初发表在《生命科学》杂志上。

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