實驗證明愛因斯坦錯誤：測量的確會影響被測量粒子的位置 _愛因斯坦

【實驗證明愛因斯坦錯誤：測量的確會影響被測量粒子的位置】上世紀(jì)20年代和30年代，愛因斯坦(左)一再強(qiáng)調(diào)他不贊同“對一個粒子進(jìn)行測量會影響其位置”的怪異理論。但日本和澳大利亞的一組科學(xué)家進(jìn)行的研究顯示在對一個光子進(jìn)行測量時，光子會出現(xiàn)這種怪異的現(xiàn)象，也就是愛因斯坦所說的“鬼魅般的超距作用” 。右側(cè)照片中的人是澳大利亞格里菲斯大學(xué)的霍華德-維瑟曼教授

通過在兩個實驗室之間分割單一光子，科學(xué)家利用零差檢波器(測量類似波的特性)進(jìn)行測量，證明波函數(shù)坍縮是一種現(xiàn)實存在的現(xiàn)象
（報道）據(jù)新浪科技（任天）：量子力學(xué)是當(dāng)今科學(xué)中接受實驗分析最多的理論之一，也是科學(xué)家試圖通過實驗證明愛因斯坦錯誤的為數(shù)不多的領(lǐng)域之一。近日，來自澳大利亞格里菲斯大學(xué)和日本東京大學(xué)的研究團(tuán)隊宣稱做到了這一點，他們的實驗顯示，測量的確會影響被測量粒子的位置。
關(guān)于這一奇特現(xiàn)象背后的“不確定性原理” ，愛因斯坦早在20世紀(jì)20到30年代就表達(dá)了不支持的態(tài)度。他稱這是“鬼魅般的遠(yuǎn)距作用”，即一個粒子可以同時在兩個地方出現(xiàn)，直到有人對這個粒子進(jìn)行測量時，它才具有確定的位置，但是在這一過程中，似乎并沒有信號以超光速的速度傳輸給這個粒子。當(dāng)這個粒子的位置確定時，物理學(xué)家稱之為該粒子的波函數(shù)坍縮。
這一現(xiàn)象超出了同時代科學(xué)家的物理學(xué)經(jīng)驗，而且似乎與相對論相悖，后者認(rèn)為光速是任何信息傳播速度的上限。愛因斯坦提出，這個粒子并不是處于疊加態(tài)，也不是同時出現(xiàn)在兩個地方，更可能的情況是它具有一個“真實”的位置，只是人們無法觀測到。
這一現(xiàn)象可以通過一個思想實驗來說明。假設(shè)有一道光束被分離成兩半，一半發(fā)射到愛麗絲的實驗室，另一半發(fā)射到鮑勃的實驗室。然后，愛麗絲要指出是否探測到了光子，以及如果探測到的話光子處于什么狀態(tài)——此時或許可以用波包(wave packet)來描述這個光子。在數(shù)學(xué)上，此時光子處于“疊加”(superposition)狀態(tài) ，即它可以同時出現(xiàn)在兩個(或更多)地方。它的波函數(shù)似乎表明光子并沒有確定的位置。
格里菲斯大學(xué)量子力學(xué)中心主任霍華德·懷斯曼(Howard Wiseman)說：“愛麗絲的測量導(dǎo)致疊加態(tài)坍縮。”這意味著在測量時光子存在于此處或別處，而不是在兩處同時出現(xiàn) 。如果愛麗絲探測到一個光子，意味著在鮑勃的實驗室里，光子的量子態(tài)出現(xiàn)了坍縮，進(jìn)入了零光子狀態(tài)；但如果愛麗絲并沒有探測到光子，那鮑勃這邊的光子就坍縮到單光子狀態(tài) 。
在3月24日的《自然-通訊》(Nature Communications)雜志上，懷斯曼等對這一實驗進(jìn)行了描述。他說：“你會覺得這一現(xiàn)象合理嗎？我覺得不會，因為愛因斯坦肯定不認(rèn)為它合理。他認(rèn)為這很瘋狂。”從描述上看，愛麗絲的測量似乎對鮑勃的觀測結(jié)果起著支配作用。
這個悖論在提出來幾年之后得到了部分解答。有實驗顯示，盡管兩個量子粒子之間的相互作用瞬時發(fā)生的，即二者信息傳遞速度比光速還快，但還是沒有辦法利用這一現(xiàn)象來進(jìn)行信息傳遞。
霍華德·懷斯曼主持了新的實驗，他和研究團(tuán)隊的成員們希望能更進(jìn)一步，揭示出波函數(shù)坍縮的過程——即愛麗絲“選擇”了測量并因此影響到了鮑勃的探測——是確實發(fā)生的。已經(jīng)有其他實驗揭示出兩個粒子之間的糾纏狀態(tài)，但在這項新研究中，光子是和它自身糾纏在一起。
在實驗中，科學(xué)家發(fā)射的光子束經(jīng)過一個分離器，一半的光傳遞出去到達(dá)一個實驗室，另一半則經(jīng)過反射到達(dá)另一個實驗室(相當(dāng)于前述思想實驗中的愛麗絲和鮑勃的實驗室) 。光每一次的傳播都是以單個光子的形式，因此這個光子分成了兩個。在被測量之前，它以疊加態(tài)存在。
其中一個實驗室利用激光作為參照，對光子的相位進(jìn)行測量。如果把光想象成一道重復(fù)的正弦波，相位就是進(jìn)行測量時的角度，從0到180度。當(dāng)改變參照激光的角度時，就會得到對光子的不同測量結(jié)果：它或者處于某個特定的相位，或者根本就不會出現(xiàn) 。
在另一個實驗室中，科學(xué)家對光子的測量結(jié)果與前一個實驗室出現(xiàn)了反相關(guān)性，即如果這邊觀測到了光子，那另一邊就觀測不到光子，反之亦然。后一個實驗室的光子狀態(tài)取決于前一個實驗室的測量結(jié)果；但是，在經(jīng)典物理學(xué)中這種現(xiàn)象是不應(yīng)該出現(xiàn)的，兩個粒子應(yīng)該處于各自獨立的狀態(tài) 。