科學家利用遠古星系產生的光子證明量子糾纏，卻仍難揭示其本質

原標題：科學家利用遠古星系產生的光子證明量子糾纏，卻仍難揭示其本質

遙遠而神秘的「類星體」再次證明，宇宙間確實存在「幽靈般的超距作用」。但為什麼呢？

類星體。NASA

Mark Garlick

「幽靈般的超距作用」，也就是量子糾纏，是量子力學中最反常識的現象之一。兩個處於糾纏態的粒子無論相距多遠，都會發生神秘的特性關聯。它們之間並沒有物理性連接，卻依舊能夠在瞬間共享信息。量子糾纏違反了傳統物理學中看起來牢不可破的定律：信息無法以超光速傳遞。

多年以來，量子糾纏現象得到了一次又一次的證明。無論科學家獨立測量糾纏粒子中的哪一個，其中一個的測量結果總是會影響到另一個。

但是與量子糾纏有關的理論中也存在一些問題。比方說，是否存在一種未知的傳統物理學可變因素，能夠影響實驗者對糾纏粒子進行測量時所作的決定？如果存在這種可能，那麼粒子間的量子關聯就可能是假象。這就是所謂的「選擇自由」漏洞。

為了證明或修補這一漏洞，最近一些科學家利用極端遙遠的類星體（明亮活躍的高能星系核）發出的光，進行了一次針對糾纏粒子特性的測量。這一實驗實際上是要看類星體是否能夠「自行決定」其產生的光子哪一種特性能夠被測量到。

科學家在實驗中使用了兩台相距約1公里的天文望遠鏡，和一個位於這兩台望遠鏡之間的基站。基站對接收到的類星體光子進行關聯，關聯光子中的每一個都被分開，並單獨發送至一台望遠鏡，由望遠鏡感測器負責對這些來自類星體的光子進行特性測量，看它們是偏紅，還是偏藍。而負責測量光子電場偏轉的糾纏態光子感測器，能夠根據測量結果自動調整它們的偏振角度。

實驗進行了兩次，每次耗時大約15分鐘。實驗對象是兩對不同的類星體，接受測量的糾纏光子分別超過了17000和12000對。實驗結果表明，這些光子對之間的關聯效應都非常強。

由於這些類星體距離地球有78億和122億光年，因此這種關聯是由它們「自行決定」的概率只有10-20。也就是說，科學家觀測到的光，是在實驗進行前78億和122億年前發出的，而地球存在的時間僅有45億年，很難想像，在地球還沒有出現之前，就有一種傳統物理學的機制，決定讓這些類星體發出的光子之間保持非量子的相關。因為要這麼做，必須要事先知道何時、何地（哪個類星體），以及進行哪些特性的相關。而那時候實驗者，甚至於人類和地球都還根本不存在。

實驗對量子力學中的「選擇自由」漏洞進行了非常有效的修補，但這個漏洞卻還未被全然補上，因為實驗中測量的光子出發地還不是最遠的。接下去科學家已經將目光盯上了宇宙中最古老的光子源——宇宙微波背景。

下一次，他們又會看到什麼呢？

宇宙微波背景。ESA

參閱：

http://news.mit.edu/2018/light-ancient-quasars-helps-confirm-quantum-entanglement-0820

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