如果不存在平行宇宙，一件事的發(fā)生，就不能超光速擴(kuò)散到宇宙中！

來自格里菲斯大學(xué)的量子物理學(xué)家揭示了一個(gè)新悖論，該悖論認(rèn)為：當(dāng)談到某些長期存在關(guān)于自然的信念時(shí)，有些東西必須放棄。當(dāng)在原子等微小粒子上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，量子理論在預(yù)測我們所觀察到的行為方面幾乎是完美的。但是，在比原子大得多的尺度上應(yīng)用量子理論，特別是對進(jìn)行測量的觀察者來說，提出了困難的概念問題。

在《自然物理》期刊新上發(fā)表的一篇研究中，澳大利亞格里菲斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國際研究小組，將這些問題變成了一個(gè)新的悖論。該研究的資深理論作者、副教授埃里克·卡瓦爾康蒂(Eric Cavalcanti)表示：這一悖論意味著，如果量子理論能夠描述觀察者，科學(xué)家將不得不放棄關(guān)于世界三個(gè)寶貴假設(shè)中的一個(gè)。第一個(gè)假設(shè)是，當(dāng)進(jìn)行測量時(shí)，觀察到的結(jié)果是世界上真實(shí)的、單一的事件。

例如，這個(gè)假設(shè)排除了宇宙可以分裂的想法，即在不同平行宇宙中觀察到不同的結(jié)果。第二個(gè)假設(shè)是可以自由選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)置，讓我們可以進(jìn)行隨機(jī)試驗(yàn)。第三個(gè)假設(shè)是，一旦做出了這樣的自由選擇，它的影響就不能以比光更快的速度擴(kuò)散到宇宙中。這些基本假設(shè)中的每一個(gè)似乎都是完全合理，并被廣泛相信。然而，人們也普遍認(rèn)為，量子實(shí)驗(yàn)可以擴(kuò)大到更大的系統(tǒng)，甚至可以擴(kuò)大到觀察者的水平。

但本研究表明，這些普遍存在信念中的一個(gè)肯定是錯(cuò)誤的！放棄其中任何一個(gè)都會(huì)對我們理解世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。研究通過分析一個(gè)場景建立了這一悖論，該場景中，分離良好的糾纏量子粒子與量子“觀察者”相結(jié)合，這是一種可以從外部操縱和測量的量子系統(tǒng)，但它本身可以對量子粒子進(jìn)行測量。資深實(shí)驗(yàn)作者諾拉·蒂施勒(Nora Tischler)博士說：基于這三個(gè)基本假設(shè)，我們在數(shù)學(xué)上確定了在這種情況下可能出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極限。

但量子理論在應(yīng)用于觀察者時(shí)，預(yù)測結(jié)果會(huì)違反這些極限。事實(shí)上，研究已經(jīng)使用糾纏光子(光粒子)進(jìn)行了原理證明實(shí)驗(yàn)，正如量子理論預(yù)測的那樣，研究發(fā)現(xiàn)了一種違反現(xiàn)象。但‘觀察者’的大腦可以說非常小，它只有兩種記憶狀態(tài)，它們被實(shí)現(xiàn)為光子的兩條不同路徑。這就是為什么我們稱之為理論證明實(shí)驗(yàn)，而不是確鑿的證明，悖論中的三個(gè)基本假設(shè)中的一個(gè)肯定是錯(cuò)誤的，只是不確定哪一個(gè)是錯(cuò)的。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、格里菲斯量子動(dòng)力學(xué)中心主任霍華德·懷斯曼教授說：為了更明確地實(shí)現(xiàn)這一悖論，我們的夢想實(shí)驗(yàn)是，量子觀察者是在一臺(tái)巨型量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行人類水平的人工智能程序。這將是一個(gè)相當(dāng)令人信服的測試，來檢驗(yàn)量子理論對觀察者來說是失敗的，還是三個(gè)基本假設(shè)中的一個(gè)是錯(cuò)誤的，但這可能需要幾十年的時(shí)間。進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的量子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中心也是澳大利亞研究委員會(huì)卓越中心量子計(jì)算和通信技術(shù)中心的一部分。

人們早就認(rèn)識(shí)到，量子計(jì)算機(jī)將徹底改變我們解決復(fù)雜計(jì)算問題的能力。直到開始這項(xiàng)研究，才意識(shí)到，它們可能還有助于回答棘手的哲學(xué)問題，物理世界的本質(zhì)、精神世界以及它們之間的關(guān)系。

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博科園｜研究/來自：格里菲斯大學(xué)

參考期刊《自然物理學(xué)》

DOI: 10.1038/s41567-020-0990-x

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