量子力學確實模糊了因果關係

Credit: 123RF

最新的實驗證實，量子力學允許事件的發生無視因果順序。這項工作由澳大利亞昆士蘭大學的Jacqui Romero，Fabio Costa及其同事合作完成，他們說，如果我們能夠更好地領會因果混亂事件的意義，或許就能找到將愛因斯坦的廣義相對論與量子理論統一到一起的方法。

在經典物理學和日常生活中，連續事件之間存在著嚴格的因果關係。例如，如果第二個事件(B)發生在第一個事件(A)之後，那麼B的結果不會影響到A的結果。然而，這種確定的關係在量子力學中變得異常脆弱，因為粒子波函數的在時間中的演化可能意味著A和B的因果順序不能總是通過諸如光子這樣的量子粒子的接收順序來區分。

在他們的實驗中， Romero及其同事創造了一種「量子開關」，其中光子有兩條可能路徑。一條路徑上，在B事件發生在A之前；而在另一條路徑上，B的結果出現在A事件之前。經過的實際路徑由光子進入開關時的初始極化狀態所確定。

該實驗使用了偏振分束器，其沿不同路徑發送不同偏振方向的光子。光子源相對於分束器來說是正交偏振的，這意味著光子有50％的幾率選中任一條路徑。

兩條路徑後半段匯聚成一條路徑，在末端接收光子，並測量其偏振角度。如果系統具有確定的因果關係，我們精心設計的事件A和B的發生順序完全取決於光子初始的偏振態。

該團隊使用A和B的幾種不同類型的操作設計了實驗，並且在所有情況下，他們發現對光子的測量結果都顯示出，事件A和B之間沒有明確的因果順序。實際上，這些測量結果對非因果關係的支持達到18σ的驚人的統計顯著性——遠遠超過通常被認可為物理學新發現的5σ閾值。

除了在相對論和量子力學之間建立起實驗聯繫之外，研究人員還指出他們的量子開關可以用於現實的量子技術。「這只是新原理的第一個線索性證據，但在更大的層面上，不確定的因果關係可能具有現實的實際應用價值，例如提升量子計算機的性能或改善通信手段。」Costa補充說。

《物理評論快報》報道了的實驗細節。

本文譯自 physicsworld，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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