未解之謎 科學家質疑海森堡的不確定性...

科學家質疑海森堡的不確定性原理

分享

 

【新三才編譯首發】海森堡不確定性原理是1927年由理論物理學家提出的,是量子力學的基礎之一。此原理最廣為人知的描述是:量測任何物體,必定會擾亂物體的狀態。舉例來說,試圖量測一粒子的位置時,就會隨機改變該粒子的速度。

 

超過一個世紀以來,不確定性原理一直困擾著量子物理學家。直到最近多倫多大學的研究員發現了一個方法,去確定物體被量測時受到的干擾的程度,並且證明了海森堡的結論太過悲觀了些。

 

"我們設計了一套儀器來量測光子的極化方向,然後我們要量出該儀器對光子的影響程度。"李.羅茲瑪說,他是多倫多大學史坦伯格教授的量子光學研究團隊的博士候選人,也是此篇發表在物理評論快報上的研究的主要作者。

"要達到這個目的,就要在一開始時先確定光子的狀態,但這個動作本身也會干擾到光子。"羅茲瑪說。

 

要克服這個困難,羅茲瑪和同事利用了一個叫"弱量度"的技巧,使測量動作微小到幾乎覺察不出其所造成的影響。在每個光子經過儀器之前,他們都先藉由"弱量度"確定光子的狀態,待光子經過儀器後又再確定一次,並且進行比較。結果發現儀器量測對物體所造成的干擾小於海森堡的精確-干擾關係式。

 

"儘管每一次我們得到的擾動的資訊都是少量的,但重覆這個實驗數次之後,我們就可以知道光子到底被干擾到什麼程度。"羅茲瑪說。

 

早在這項研究之前,世界各地都有科學家挑戰海森堡的不確定性原理。2003年,名古屋大學的物理學家小澤正直認為海森堡的原理不適用於量測上,不過他只能提出非直接的方法來佐證他的預測。後來,這個預測被維也納科技大學的長谷川祐司團隊給證實了。2010年,格裡菲斯大學的科學家奧斯丁隆德及哈渥懷斯曼發現可以利用弱量度"來確認量子系統被量測時的過程。然而,他們仍有一些困難必須克服,例如在他們的理想裡需要一個小量子電腦,而那是很難做到的。

 

"我們應用弱量度"及一個叫做"群聚量子電腦"的技術 簡化版的量子電腦-來進行實驗。這兩種技術的組合使隆德及懷斯曼的構想在實驗室中得以實現。"羅茲瑪說。

 

一般認為,海森堡的不確定性原理不但是量子系統本身固有的特性,也同樣適用於量測時。此研究結果否定了此看法,並且證明在弱量度"技術下可以達到相當精確的程度。

 

"此一結果迫使我們改變觀點,重新了解量子力學量測上的極限。"羅茲瑪說。"此極限對於基礎量子力學是非常重要的,而且對於‘量子密碼’技術的發展也是關鍵- 根據不確定性原理,所有想要破解密碼的人都會被發現,因為任何量測動作都會干擾原本的狀態。"

 

"量子世界仍充滿了不確定性,但至少當我們觀察它時,不會增加我們之前所認為的那麼多不確定因素。sciencedaily.com

留下一个答复

Please enter your comment!
Please enter your name here