量子物理学家认为客观现实可能根本不存在

　　现实是存在的，还是在观察者测量时形成的呢？
　　这是一个古老的问题，如果一棵树倒在森林里，周围没有人听到它是否会发出声音，那么这个问题就是量子力学领域最有吸引力的问题之一，这是科学中分支亚原子粒子在微观水平上的行为。
　　在一个有趣且近乎神秘的现象盛行的领域，例如“量子叠加”一个粒子可以同时处于两个甚至“所有”可能的位置一些专家说，现实存在于你自己的意识之外，有些事情你无法改变。
　　其他人坚持认为“量子现实”可能是某种形式的玩偶，你可以用自己的行动塑造成不同的形状。现在，来自巴西圣保罗大都会地区美国广播公司联邦大学的科学家们正在为“在观察者眼中”现实的说法增添动力。
　　在4月份发表在《通信物理学》杂志上的一项新研究中，巴西科学家试图验证丹麦著名物理学家尼尔斯玻尔在1928年提出的“互补原理”。
　　该原理指出，物体具有一些无法同时观察或测量的互补特性，如能量和持续时间，或位置和动量。例如，无论你如何设置一个涉及一对电子的实验，你都不能同时研究这两个量的位置：测试将解释第一个电子的位置，但会模糊第二个电子的位置。
　　“上帝不会掷骰子”
　　为了理解这一互补原则与客观现实的关系，我们需要追溯到大约一个世纪前的历史。1927年，在第五届索尔维会议（物理和化学领域最重要的年度国际会议）期间，玻尔和德国出生的著名理论物理学家阿尔伯特爱因斯坦在布鲁塞尔进行了一场传奇般的辩论。
　　在其他77位才华横溢的科学家齐聚奥地利首都讨论新兴的量子理论领域之前，爱因斯坦坚持认为量子态有自己的现实，与科学家如何对其采取行动无关。同时，玻尔为量子系统只有在科学家建立实验设计之后才能定义自己的现实的观点进行了辩护。
　　爱因斯坦说：“上帝不会掷骰子。”。
　　玻尔指出了波粒二象性的概念，即物质可能在一个时间表现为波，在另一个时间以粒子的形式出现，这是法国物理学家路易斯德布罗意在1924年首次提出的。玻尔说：“根据上下文，一个系统表现为波或粒子，但你无法预测它会做什么。”。
　　“互补原则”
　　1927年索尔维会议后不久，玻尔公开声明了他的互补性原则。在接下来的几十年里，备受争议的玻尔概念将得到彻底的检验。美国理论物理学家约翰阿奇博尔德惠勒是实验互补原理的人之一。
　　惠勒试图将托马斯杨1801年的双缝实验重新想象为1978年的光特性。双缝实验涉及使用两个平行缝照射墙上的光。当光通过分隔器另一侧的每个狭缝时，它将与来自另一个狭缝的光发生衍射和重叠，从而相互干扰。这意味着不再存在直线：实验结束时出现的图案是干涉图案，这意味着光以波的形式移动。从本质上讲，光既有粒子特性，也有波特性，这是不可分割的。
　　在光线穿过大多数机器后，惠勒将他的设备切换到“波计”和“粒子计”之间。换句话说，他在光作为波或粒子的传播之间做出了延迟选择，并发现即使在延迟选择之后，也没有违反互补原则。
　　然而，最近一些试图将量子叠加原理应用于延迟选择实验的研究发现，这两种可能性共存（就像湖面上的两个波可以重叠一样）。这表明，在同一设备中存在混合的波浪和类粒子行为，这与互补原理相反。
　　量子控制的现实
　　巴西科学家还决定设计一个量子控制的实用实验。
　　“我们使用了与医学成像类似的核磁共振技术，”领导该实验的ufabc量子信息科学与技术研究员RobertoM。Serra告诉《大众力学》。质子、中子和电子等粒子都有核自旋，这是一种类似于指南针指针方向的磁性。塞拉解释说：“我们使用电磁辐射来操纵分子中不同原子的核自旋。在这种情况下，我们为质子核自旋创建了一种新的干涉装置，以研究其在量子场中的波和粒子真实性。”。
　　“这种新的安排产生的观测统计数据与之前的量子延迟选择实验完全相同，”佩德罗鲁亚斯迪格斯（Pedroruasdieguez）现在是波兰国际量子技术理论中心（ictqt）的博士后研究员，他是这项研究的一部分，告诉大众力学。迪格斯继续说：“然而，在新的配置中，我们可以将实验结果与波和粒子的行为联系起来，从而验证玻尔的互补原理。”。
　　2022年4月研究的主要内容是，量子世界中的物理现实是由相互排斥的实体组成的。然而，它们不是矛盾的，而是互补的。
　　专家说这是一个令人着迷的结果。“巴西研究人员设计了一个数学框架和相应的实验配置，可以测试量子理论，特别是通过研究系统的物理现实来理解互补性的本质，”福特汉姆大学物理学副教授斯蒂芬霍勒告诉《大众力学》。
　　这项研究突出了美国量子物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费曼（RichardFeynman）的长期座右铭：“如果你认为你理解量子力学，你就不会理解量子力学，”霍勒说。“关于这一理论还有很多需要学习的地方，研究人员在理解基本原理方面继续取得进展，这在我们进入量子设备和计算开始普及的时代时尤为重要。”
　　迪格斯情绪高涨。他说：“根据具体情况，物质粒子的行为可能类似于波，而光的行为类似于粒子，这仍然是量子物理学中最有趣、最美丽的谜团之一。”。
　　自相矛盾的是，量子力学固有的“怪诞”可能被证明是非常有用的：“我们解决的量子力学越多，我们就越能提供超越经典对应物、量子计算机、量子密码、量子传感器和量子热设备的颠覆性量子技术，”Sierra说。
　　两位研究人员都同意，观察者眼中的真实性可能是量子场中物理真实性的一个非常特殊的方面，而神秘本身没有减弱的迹象。