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奇妙的量子世界(最新研究发现)

时间:2023-05-05 10:51:06 阅读:93335 作者:3429

几个世纪前,数学家们发现,要计算某条曲线的性质,看起来不可能的东西是必要的,如果将数乘以自身,就会变成负数。

数轴上所有数的平方都是正数,2^2=4,(-2 ) ^2=4。 数学家们开始把众所周知的数字称为“实数”,把显然不可能的数字称为“虚数”。

虚数以I为单位(例如) 2i ) )2=-4 ),成为抽象数学领域的基础。 但是,对物理学家来说,实数足以量化现实。 从来没有一台机器返回带有I的读数。

但是,物理学家们可能首次证明虚数在某种意义上是真实的。

一群量子理论家设计了实验,其结果取决于自然界是否存在虚拟的一面。 假设量子力学是正确的,很少有人会对这个假设吹毛求疵。 这个小组的论证本质上保证了复数在物理宇宙的记述中是不可缺少的。

匈牙利科学院核研究所物理学家时尚老鼠(Tams Vrtesi )说:“这些复数通常只是有用的工具,但实际上有一些物理意义。” “世界就是这样。 我真的需要这些复数。

在量子力学中,粒子或粒子组的行为被封装在称为波函数()的波状实体中。 波函数可以预测电子可能的位置和动量等可以测量的结果。 所谓的kydmb方程式描述了波函数如何随时间变化,这个方程式有虚单位I。

物理学家从未完全确定这是什么。 当kydmb导出kydmb方程时,他想去掉I。 1926年,他写信给亨德里克洛伦兹(Hendrik Lorentz ),说:“……我感到不安的是复数的使用,一定是基本的实函数。 ”

kydmb的想法从数学上看当然是合理的,任何复数的性质都可以通过在实数的组合中加入新的规则来实现。 这为量子力学的现实基础开辟了数学上的可能性。

其实,这个解释很简单,kydmb几乎很快就发现了他认为的“真正的波动方程式”,我回避的方程式。 “又有沉重的石头从我心里滚了下来”,给洛伦兹写信后不到一周,就写给了马克斯普朗克。 “一切都和人们想要的一样。 ”

但是,用实数模拟复杂的量子力学是一项笨拙而抽象的工作,kydmb认识到他的全实数方程式在日常使用中太繁琐了。 不到一年,他用复数表示波函数。

但是,量子力学真正的公式一直“徘徊”,多个版本只是一个选择。 例如,2008年和2009年的研究表明,没有I就可以完美地预测著名的量子物理实验——贝尔测试的结果。

今年,研究表明,它们早期的贝尔测试提案走得不是很远,不足以推翻量子物理学的实数版。 提出了更复杂的铃声实验,似乎需要多个。

在早期的研究中,物理学家现在证明了这个结论是错误的:“在量子理论中,复数是为了便于计算和显示而必要的,而不是必须的。”

贝尔的实验表明,相距甚远的一对粒子可以在单一的“纠缠”状态下共享信息。 例如,如果地球上的一枚硬币和火星上的一枚硬币纠缠在一起,扔硬币一看,只要有一枚硬币正面,就会发现远方的伙伴奇怪地露出了背面。 同样,在标准的贝尔测试实验中,纠缠的粒子被发送给了两个物理学家,他们的昵称是dddfg和平时的运动鞋。 他们通过测量这些粒子并比较测量结果发现,除非这些粒子之间共享信息,否则这些结果以无法解释的方式相互关联。

升级后的实验增加了粒子对的第二个来源。 送给dddfg和平时的运动鞋一对。 第二组人来自不同的地方,给了他们平时的运动鞋、第三方、怡保的招牌。 在复数量子力学中,dddfg和怡君招牌接收的粒子不需要相互纠缠。

但是,任何实数描述都无法复制这三位物理学家要测量的相关模式。 根据这篇新论文,将系统视为实际系统需要引入附加信息,这些信息通常处于波函数的虚部。 dddfg、平时的运动鞋、怡宝招牌的粒子为了在标准量子力学中再现同样的相关性,必须共享这个信息。 适应这种共享的唯一方法是所有粒子相互交织。

在以前的贝尔测试中,dddfg和普通运动鞋的电子来自单一来源,所以他们必须携带的附加信息在实数的记述中不是问题。 但是,在多源贝尔测试中,dddfg和怡宝招牌上的粒子来自独立的源,虚构的三者纠缠在一起在物理上没有意义。

即使没有dddfg、平时的运动鞋、怡宝的招牌,如果实际执行这篇新论文所设想的实验,很多研究者也会自信,认为标准量子力学是正确的,所以这个实验会找到预期的相关性。 如果是这样,光靠实际数字是无法完全表现自然的。

但是,有一天这个实验有可能实现。 这并不容易,但没有技术障碍。 随着研究者通过新的量子网络将许多“dddfg”、“平常运动鞋”和“怡宝招牌”不断联系起来,对更复杂的量子网络行为的更深入理解只会变得更加重要。

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