埃里克·卡瓦尔康蒂《对话》 信用:安东尼·邓尼根，抄送 如果一棵树倒在森林里，没有人听到它，它会发出声音吗？有人说，也许不是
如果有人听到了呢？如果你认为这意味着它显然发出了声音，你可能需要修改意见
我们在量子力学中发现了一个新的悖论——量子力学是我们两个最基本的科学理论之一，与爱因斯坦的相对论一起——它对一些关于物理现实的常识性观点提出了质疑
量子力学与常识 看看这三种说法: 当有人观察到一个事件发生时，它就真的发生了
有可能做出自由选择，或者至少是统计上的随机选择
在一个地方做出的选择不能立即影响一个遥远的事件
(物理学家称之为“地点”
") 这些都是直观的想法，甚至物理学家也普遍相信
但是我们发表在《自然物理学》上的研究表明，它们不可能都是真的——或者量子力学本身必须在某种程度上崩溃
这是量子力学中颠覆我们对现实的看法的一系列发现中最强有力的结果
为了理解为什么它如此重要，让我们来看看这段历史
为现实而战 量子力学非常适合描述微小物体的行为，例如原子或光粒子(光子)
但是这种行为……非常奇怪
在许多情况下，量子理论并没有给出诸如“这个粒子现在在哪里？”这样的问题的明确答案相反，它只提供了粒子被观察时可能被发现的概率
对于一个世纪前该理论的创始人之一尼尔斯·玻尔来说，这不是因为我们缺乏信息，而是因为像“位置”这样的物理属性在被测量之前实际上是不存在的
更重要的是，因为粒子的某些性质不能同时被完美地观察到——比如位置和速度——它们不可能同时是真实的
阿尔伯特·爱因斯坦同样认为这个想法站不住脚
在1935年与同为理论家的鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森的一篇文章中，他认为现实中一定有比量子力学所能描述的更多的东西
文章认为一对处于特殊状态的遥远粒子现在被称为“纠缠”态
当在两个纠缠粒子上测量相同的属性(比如位置或速度)时，结果将是随机的——但是每个粒子的结果之间会有相关性
例如，一个观测者测量第一个粒子的位置，甚至不用触摸它，就可以很好地预测测量远处那个粒子位置的结果
或者观察者可以选择预测速度
他们认为，这有一个自然的解释，如果两种性质在被测量之前都存在，与玻尔的解释相反
然而，在1964年，北爱尔兰物理学家约翰·贝尔发现，如果对两种粒子进行更复杂的不同测量组合，爱因斯坦的论点就站不住脚了
贝尔指出，如果两个观察者随机地、独立地选择测量他们的粒子的一个或另一个性质，比如位置或速度，那么平均结果不能用位置和速度都是预先存在的局部性质的任何理论来解释
这听起来不可思议，但实验现在已经最终证明贝尔的相关性确实存在
对许多物理学家来说，这是玻尔是正确的证据:物理性质只有在被测量之后才存在
但这提出了一个至关重要的问题:“测量”有什么特别之处？ 观察者观察到 1961年，匈牙利裔美国理论物理学家尤金·维格纳设计了一个思维实验，来展示测量这个概念有哪些棘手之处
他考虑了一种情况，在这种情况下，他的朋友进入一个密封的实验室，对一个量子粒子进行测量——比如说，它的位置
然而，魏格纳注意到，如果他从外部应用量子力学方程来描述这种情况，结果就大不相同了
不是朋友的测量使粒子的位置真实，从维格纳的角度来看，朋友变得与粒子纠缠在一起，并被其周围的不确定性所感染
这类似于薛定谔著名的猫，一个思想实验，在这个实验中，盒子里的猫的命运与一个随机的量子事件纠缠在一起
对魏格纳来说，这是一个荒谬的结论
相反，他认为一旦观察者的意识被卷入其中，这种纠缠就会“瓦解”，从而使朋友的观察变得明确
但是如果维格纳错了呢？ 我们的实验 在我们的研究中，我们建立在维格纳的朋友悖论的扩展版本之上，该悖论最初是由维也纳大学的阿斯拉夫·布鲁克纳提出的
在这个场景中，有两个物理学家——称他们为爱丽丝和鲍勃——每个人都有自己的朋友(查理和黛比)，在两个遥远的实验室里
还有一个转折:查理和黛比现在正在测量一对纠缠粒子，就像在贝尔实验中一样
就像魏格纳的论点一样，量子力学的方程式告诉我们，查理和黛比应该和他们观察到的粒子纠缠在一起
但是因为这些粒子已经相互纠缠在一起了，理论上，查理和黛比自己也应该纠缠在一起
但是这在实验上意味着什么呢？ 我们的实验是这样的:朋友们进入他们的实验室，测量他们的粒子
一段时间后，爱丽丝和鲍勃各自抛硬币
如果是头，他们打开门，问他们的朋友他们看到了什么
如果是尾巴，它们会进行不同的测量
如果查理以魏格纳计算的方式与他观察到的粒子纠缠在一起，这种不同的测量总是会给爱丽丝一个积极的结果
鲍勃和黛比也一样
然而，在这种测量的任何实现中，他们朋友在实验室内观察的任何记录都被阻止到达外部世界
查理或黛比不会记得在实验室里看到过任何东西，就像从完全麻醉中醒来一样
但是真的发生了吗，即使他们不记得了？ 如果本文开头的三个直觉想法是正确的，那么每个朋友都在实验室里看到了一个真实而独特的测量结果，无论爱丽丝或鲍勃后来是否决定开门
此外，爱丽丝和查理看到的不应该取决于鲍勃的遥远的硬币降落，反之亦然
我们表明，如果是这样的话，爱丽丝和鲍勃期望看到的结果之间的相关性将是有限的
我们还展示了量子力学预测爱丽丝和鲍勃将会看到超越这些极限的关联
接下来，我们做了一个实验，用纠缠光子对来证实量子力学的预测
每个朋友的测量是由每个光子在设置中可能走的两条路径中的一条来完成的，这取决于光子被称为“偏振”的属性
也就是说，路径“测量”了极化
我们的实验实际上只是一个原则的证明，因为“朋友”是非常小和简单的
但这也引发了一个问题，即同样的结果是否适用于更复杂的观察者
我们可能永远无法用真实的人类做这个实验
但我们认为，如果“朋友”是一个运行在大型量子计算机中的人类级人工智能，那么有朝一日有可能创造出确凿的证据
这一切意味着什么？ 尽管决定性的测试可能还要几十年才能完成，但如果量子力学的预测继续有效，这将对我们理解现实产生深远的影响——甚至比贝尔相关性更重要
首先，我们发现的相关性不能仅仅通过说物理属性在被测量之前不存在来解释
现在，测量结果本身的绝对真实性受到质疑
我们的结果迫使物理学家直面测量问题:要么我们的实验无法扩大规模，量子力学让位于所谓的“客观坍缩理论”，要么我们的三个常识性假设之一必须被拒绝
有一些理论，像德布罗意-博姆，假设“在远处的行动”，在这些理论中，行动可以在宇宙的其他地方产生瞬时效应
然而，这与爱因斯坦的相对论直接冲突
有些人寻求一种拒绝选择自由的理论，但他们要么要求向后的因果关系，要么要求一种被称为“超级决定论”的宿命论的看似阴谋的形式
解决冲突的另一个方法是让爱因斯坦的理论更加相关
对爱因斯坦来说，不同的观察者可能会对某件事发生的时间或地点有不同的看法——但是发生了什么是绝对的事实
然而，在一些解释中，如关系量子力学、量子双稳理论或多世界解释，事件本身可能只相对于一个或多个观察者发生
一个人看到的倒下的树对其他人来说可能不是事实
所有这些并不意味着你可以选择自己的现实
首先，你可以选择问什么问题，但答案是由世界给出的
即使在一个关系世界里，当两个观察者交流时，他们的现实是纠缠在一起的
这样，一个共同的现实就会出现
也就是说，如果我们都看到同一棵树倒下，而你说你听不见，你可能只需要一个助听器
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