一些物理學(xué)家將這些新進展視為支持一次觀測中可以出現(xiàn)多種結(jié)果的理論依據(jù)，例如存在平行宇宙，每一種結(jié)果都可能發(fā)生

北京時間11月22日消息，“另類事實”(alternative facts，一般指替代性，不真實的謊言)像病毒一樣在全社會蔓延，現(xiàn)在似乎也感染了科學(xué)界——至少在量子領(lǐng)域。這聽起來有點違反直覺?？茖W(xué)方法畢竟是建立在可靠的觀察、測量和重復(fù)性的概念之上。通過測量確定的事實應(yīng)該是客觀的，這樣所有的觀察者才能達成共識。

然而，最近發(fā)表在《科學(xué)進展》(Science Advances)雜志的一篇論文中，研究人員指出，在由量子力學(xué)支配的微觀粒子世界中，兩個不同的觀察者都有權(quán)獲取自己的事實。換句話說，根據(jù)目前的量子理論，事實實際上是主觀的。

觀察者在量子世界中扮演著重要的角色。根據(jù)量子理論，粒子可以同時處于多個地方或多種狀態(tài)，這就是所謂的“疊加態(tài)”。但奇怪的是，這只是在它們沒有被觀察到的情況下。當(dāng)我們觀察一個量子系統(tǒng)時，粒子會選擇一個特定的位置，即打破疊加態(tài)。事實上，自然界的這種行為已經(jīng)在實驗室中被多次證實，比如著名的雙縫實驗。

1961年，物理學(xué)家尤金·維格納(Eugene Wigner)提出了一項頗具挑釁意味的思維實驗。他問道，如果將量子力學(xué)應(yīng)用到一個觀察者身上，而這個觀察者同時也受到觀察，將會發(fā)生什么?想象一下，維格納的一個朋友在封閉的實驗室里擲出一枚量子硬幣——處于正面和反面的疊加態(tài)。每次朋友扔硬幣時，他們都觀察到一個明確的結(jié)果。我們可以說，維格納的朋友建立了一個事實：擲硬幣的結(jié)果肯定是正面或反面。

維格納無法在外面得知這個事實，根據(jù)量子力學(xué)，他必須把朋友和硬幣描述成實驗中所有可能結(jié)果的疊加。因為二者是“糾纏”的，彼此詭異地聯(lián)系在一起。所以如果你操縱其中一個，同時也會操縱另一個。在原則上，維格納可以通過所謂的“干涉實驗”來驗證這種疊加。干涉實驗是一種量子測量方法，可以讓你解開整個系統(tǒng)的疊加，從而確認(rèn)兩個物體之間的糾纏。

在觀察結(jié)束之后，當(dāng)維格納和他的朋友交換意見時，朋友會堅持認(rèn)為，他們在每次拋硬幣時都看到了明確的結(jié)果。但是，維格納不會同意這種觀點，因為他觀察到的是“朋友”和“硬幣”處于疊加態(tài)。

這就成了一個難題。朋友眼中的現(xiàn)實與外界看到的現(xiàn)實是不一致的。維格納最初并不認(rèn)為這是一個悖論，他認(rèn)為把一個有意識的觀察者描述成一個量子對象是荒謬的。然而，他后來背離了這種觀點，根據(jù)量子力學(xué)的正規(guī)教科書，這樣的描述是完全正確的。

新的實驗

維格納想象的場景長期以來一直是一個有趣的思維實驗，但真的能反映現(xiàn)實嗎?在科學(xué)上，這一問題幾乎一直沒有什么進展。直到最近，維也納大學(xué)的?aslav Brukner研究表明，在某些假設(shè)下，維格納的思想實驗可以用來證明，量子力學(xué)中的測量對觀察家而言是主觀的。

Brukner提出了一種測試方法，他將維格納的朋友場景轉(zhuǎn)換成物理學(xué)家約翰·貝爾(John Bell)在1964年首次建立的框架。最后的結(jié)果總結(jié)起來，可以用于估算所謂的“貝爾不等式”。如果這個不等式被打破，觀察者可能就會得到替代性的事實。

研究人員首次在愛丁堡赫瑞瓦特大學(xué)進行了實驗性測試。他們使用了一臺由三對糾纏光子組成的小型量子計算機。第一對光子代表硬幣，另外兩對光子則代表著在各自的盒子里投擲硬幣(測量光子的偏振)。在兩個盒子之外，兩邊各有兩個光子，也可以進行測量。

盡管使用了最先進的量子技術(shù)，但僅從6個光子中收集足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)就需要數(shù)周時間。最終，研究人員成功證實了量子力學(xué)可能確實會與客觀事實的假設(shè)不相容——不等式被打破了。不過，這個理論建立在一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，包括測量結(jié)果不受光速以上信號的影響，以及觀察者可以自由選擇測量內(nèi)容等。因此，這并不是最終確定的結(jié)論。

另一個重要的問題是，是否可以將單光子視為觀察者。在Brukner的理論中，觀察者不需要具有意識，只需要能夠以測量結(jié)果的形式建立事實。因此，一個無生命的探測器也可以是有效的觀察者。根據(jù)教科書上的量子理論，我們有理由相信，一個探測器如果能做得像原子那么小，那應(yīng)該也可以描述成像光子一樣的量子物體。也有可能標(biāo)準(zhǔn)的量子力學(xué)不適用于大尺度，但想要進行測試的話，又是另一個問題了。

因此，這個實驗表明，至少就量子力學(xué)的局部模型而言，我們需要重新思考客觀性的概念。在宏觀世界中，我們所體驗到的事實似乎仍是安全的，但主要問題在于，現(xiàn)有的量子力學(xué)解釋如何能容納主觀事實。

一些物理學(xué)家將這些新進展視為支持一次觀測中可以出現(xiàn)多種結(jié)果的理論依據(jù)，例如存在平行宇宙，每一種結(jié)果都可能發(fā)生。另一些人則認(rèn)為，這些研究結(jié)果是本質(zhì)上依賴觀察者的理論(如量子貝葉斯理論)的有力證據(jù)。在量子貝葉斯理論中，主體的行為和體驗是該理論的核心關(guān)注點。還有人認(rèn)為，這是一個強有力的暗示，或許意味著量子力學(xué)將在某些復(fù)雜的尺度上崩解。

很顯然，這些都是關(guān)于現(xiàn)實本質(zhì)的哲學(xué)問題。無論答案是什么，一個有趣的未來正等待著我們。(任天)