違背了鴿籠原理的「量子鴿子」

如果養了3隻鴿子，卻只有2個籠子，那無論怎樣安排，我們會發現至少會有1個籠子里有2隻鴿子。這一現象就是我們所說的鴿籠原理或抽屜原理。但根據1月29日《美國國家科學院院刊》的報道，光子或光量子粒子可能違反了這一規則。

量子力學就是這麼不講道理——科學家們發現，3隻「量子鴿子」——技術上就是量子粒子 ——可以擠到2個籠子里，同時保證每個籠子里恰好只有1隻鴿子；這就是所謂的量子鴿籠效應。

「量子鴿籠效應衝擊了我們的世界觀……因此，非常有必要通過極其明確、嚴密的實驗來驗證它。」研究合作者、中國科學技術大學物理學家陸朝陽和潘建偉在一封電子郵件中寫道， 「它可能是通向更複雜和更基本量子現象的線索。」

在實驗里，研究人員用光子來取代了鴿子。鴿籠的意象來自於粒子的極化，或者光子的電磁波的方向——電磁波可以是水平的也可以是垂直的。由於存在3個光子和2個極化方向，標準的鴿籠原理指出，至少2個光子的極化方向是相同的。但觀察到的實驗結果卻是，3個光子佔據了2個極化方向，但任意2個光子之間沒有相同的狀態。

加州奧蘭治查普曼大學的Jeff Tollaksen最初在2014年時，根據理論推導預言了這一現象。沒多久，他和同事通過實驗驗證了預言。雖然今年的實驗已經不是第一次，但Tollaksen認為，新的實驗是目前最成功，最有說服力的結果。

他們首次證實，量子鴿子只在特定條件下才能無視基本數學中的計數規則。Tollaksen和他的同事曾預測，對極化方向的測量必須是弱的，以免干擾到微妙的量子效應。Tollaksen他們又對了。

也是在2014年，Tollaksen還預言並驗證了「量子柴郡貓」效應。類似於《愛麗絲夢遊仙境》里的柴郡貓，量子柴郡貓可以在本體消失的時候，留下部分物理特徵(童話里是柴郡貓大笑的嘴巴，物理實驗里是保留了中子的磁矩)。

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

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