量子物理的基本定律也能繞開 首次規(guī)避海森堡測不準原理

19世紀末，海森堡首次提出了不確定性原理。在量子物理學中，對于某一個確定的粒子，我們無法同時精確地知道粒子的位置和速度。海森堡曾言:“在因果律的陳述中，即‘若確切地知道現(xiàn)在，就能預見未來’，所錯誤的并不是結論，而是前提。我們不能知道現(xiàn)在的所有細節(jié)，是一種原則性的事情。”

在最近發(fā)表在science上的一篇論文中，芬蘭阿爾托大學的米卡·西蘭帕教授領導的研究小組發(fā)現(xiàn)，有一種方法可以規(guī)避不確定原理。

研究小組并沒有使用基本粒子進行實驗，而是使用更大物體——一對振動的鋁膜，類似于兩個小鼓，每個鼓長約10微米——10微米大概只有頭發(fā)絲直徑的五分之一，但按量子標準來看，它們是如此巨大，每個結構由大約一萬億個原子組成。兩個鼓膜震動的相位相反，研究小組用微波光子對膜進行擾動，使它們同步振動，并使其運動處于量子糾纏狀態(tài)。在任何給定的時間，隨著鼓的上下擺動，測量它們在平面上的位移表明它們處于完全相同的位置，并且測量它們的速度時會返回完全相反的值。

米卡·西蘭帕教授表示：“兩個鼓膜的 振動相 完全相反?！痹谶@種狀態(tài)下，可以將兩個鼓視為一個量子力學實體，那么鼓膜運動狀態(tài)的不確定性就被消除了。這意味著研究人員能夠同時測量兩個鼓面的位置和動量—而根據(jù)海森堡不確定性原理，這是不可能的。打破不確定性原理使得他們能夠表征驅動鼓膜的極弱的力，“一個鼓膜延著相反的方向對另一個鼓膜所施加的所有的力做出反應，就像是有著負的質量”。

這項研究表明大的物體可以處于相對穩(wěn)定的糾纏態(tài)，而糾纏對象不能被認為是相互獨立的。處于糾纏狀態(tài)中的物體，彼此之間可以具有任意大的空間間隔，可以表現(xiàn)出與經(jīng)典物理學相矛盾的行為。對于同一個就糾纏態(tài)，研究人員可以進行多次測量，從而繞開了不確定性原理。也就是說，本實驗并沒有違反、打破不確定性原理，而是通過反作用規(guī)避了不確定性原理。

對于宏觀的物體，量子糾纏效應是很難維持穩(wěn)定的，極易被周圍的環(huán)境擾動破壞。所以，進行這個實驗時溫度比絕對零度高0.01℃。研究小組表示他們將繼續(xù)這項研究，以探索量子力學和引力的相互作用。實驗所使用的振動鼓面有可能作為嶄新的元器件，用作連接大型分布式量子網(wǎng)絡節(jié)點的接口。

參考文獻：

1.Quantum mechanics–free subsystem with mechanical oscillators” by Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley and Mika A. Sillanp??, 7 May 2021, Science.DOI: 10.1126/science.abf5389

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