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瑞士科学家对80岁的“幽灵”量子悖论进行了大规模测试

(国会图书馆)

瑞士科学家团队对量子力学中最奇怪的悖论之一进行了大规模的测试,这是爱因斯坦怀疑地称之为“远处幽灵行为”的行为的一个巨大例子。

故事开始于80多年前。早在1935年,爱因斯坦、物理学家鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森就发现了一些奇怪的东西。他们把两个粒子纠缠在一起,我们称之为爱丽丝和鲍勃,这样它们的物理性质即使在很长的距离内也能联系起来,你对一个粒子所做的任何事情都会影响到另一个。直觉上,你会认为如果你能接触到爱丽丝,你对她的了解会远远超过你对鲍勃的了解。考虑到爱因斯坦在大尺度上的相对论物理定律,这也是你所期望的。但是物理学家三人发现了一个奇怪的现象,现在被称为爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论:通过研究爱丽丝,你对鲍勃的了解实际上比你对爱丽丝的了解要多得多。

后来用单个粒子进行的实验证明了物理学家在这一点上是正确的。但今天(4月26日)发表在《科学》杂志上的这项新实验表明,即使是一团近600个过冷粒子,这种效应仍然会发生。

这并不奇怪,确切地说,对于成百上千个粒子,最初以两个粒子为框架的悖论也会发生。在一个非常小的系统中工作的同样的物理也应该在更大的系统中工作。但是科学家们进行这些更加复杂的测试是因为他们有助于确认旧的理论,并缩小这些理论可能错误的范围。他们还展示了现代技术将爱因斯坦和他的同事们只能从抽象的角度思考的想法付诸行动的能力。[物质的五种状态]

为了完成这个实验,研究人员将590个铷原子(大约30个原子)冷却到绝对零度的边缘。

在这个温度下,原子形成了一种叫做玻色-爱因斯坦凝聚态的物质状态,正如生命科学之前所报道的那样,这种状态是一大群原子纠缠在一起,开始模糊并相互重叠的物质;它们开始表现得更像一个大粒子而不是许多单独的粒子。量子物理学家喜欢用玻色-爱因斯坦凝聚体做实验,因为这种物质倾向于在足够大的尺度上演示量子世界的奇异物理,科学家可以直接观察到它。

在这个实验中,他们使用高分辨率成像来测量汤中不同块体的自旋铷原子。冷凝物中的原子纠缠得很厉害,物理学家们只能通过研究第一块原子来预测第二块原子的行为。这两个原子团,他们显示,是如此的纠缠,以至于当只观察到第一个原子团时,第二个原子团的行为实际上更为可知,反之亦然。

EPR佯谬已经在量子世界的一个相对巨大的尺度上产生了。

最初发表在《生命科学》杂志上。

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