物理學(xué)家探測到了在時(shí)空“健步如飛”的疊加態(tài)中微子,從而證實(shí)了量子力學(xué)的一個(gè)中心信條:粒子處于疊加的狀態(tài)。物理學(xué)家使用了相距450英里的中微子,這是迄今為止最長的距離。MIT的物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中發(fā)射了由一種“風(fēng)味”中微子組成的離子束,中微子屬于亞原子粒子,很少與其它物質(zhì)發(fā)生相互作用,但在數(shù)百英里以外的地點(diǎn),物理學(xué)家探測到了不同風(fēng)味的中微子。發(fā)射和接收的中微子有不同的風(fēng)味,這意味著中微子在時(shí)空旅行中處于量子疊加態(tài)或不同風(fēng)味的混合態(tài),《物理評(píng)論通訊》雜志刊登了MIT物理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)成果。
MIT的物理學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了一個(gè)長期流行的理論信條:亞原子粒子在時(shí)空疾駛時(shí)保持了疊加態(tài)。中微子實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子力學(xué)的核心信條,這讓物理學(xué)感到十分興奮,他們一直致力于檢驗(yàn)量子行為的不確定性原理。物理學(xué)家對(duì)粒子完成量子疊加態(tài)的方式疑惑不解,科學(xué)作家亞德里安·秋在《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇文章,文中寫到,“如果你在10年前告訴我,人們將使用中微子對(duì)量子的基礎(chǔ)性質(zhì)進(jìn)行研究,我會(huì)對(duì)你說,這可能嗎,別太“得意忘形”。安德魯·懷特是澳大利亞昆士蘭大學(xué)的一名物理學(xué)家,沒有參與MIT物理研究小組的他解釋說,中微子實(shí)驗(yàn)的成果與預(yù)想保持一致,實(shí)驗(yàn)成果可用于對(duì)量子的基本性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。
歐文·薛定諤深入研究了量子疊加的奇異行為,這是量子力學(xué)的固有性質(zhì),著名“薛定諤的貓”的思想實(shí)驗(yàn)說明了量子的疊加行為,設(shè)想一下,在一個(gè)箱子內(nèi)放進(jìn)一只貓和一個(gè)放射性粒子,假如粒子發(fā)生了放射性衰變,那么貓會(huì)死亡,在半衰期放射性的粒子中,衰變發(fā)生的機(jī)會(huì)為50%,衰變不發(fā)生的機(jī)會(huì)為50%,這只可愛的貓咪處在生與死的邊緣,或者生,或者死,兩者的機(jī)會(huì)相等。
生死不確定性狀態(tài)在物理學(xué)上被理解為“貓”的疊加態(tài),這只貓?zhí)幱诎胨啦换畹?ldquo;第三態(tài)”,它好像一個(gè)量子態(tài)的粒子,“薛定諤的貓”處在不確定性的疊加態(tài),當(dāng)人們“小心翼翼”地打開箱子,進(jìn)行查驗(yàn),他們才能確定這只可愛貓咪的生死狀態(tài),但疊加態(tài)在查驗(yàn)的時(shí)刻消失了,實(shí)驗(yàn)者的開箱行為決定了貓的生或貓的死。
中微子之類的多個(gè)粒子可能共處于疊加態(tài),它們的行為狀態(tài)被稱之為量子糾纏。在“薛定諤的貓”的思想實(shí)驗(yàn)中,可以在兩個(gè)箱子內(nèi)放進(jìn)兩只貓,當(dāng)我們打開第一個(gè)箱子時(shí),立刻知道了第二只貓的生死狀態(tài),不用直接觀測第二只貓的死活,可以將兩個(gè)貓放在地球的不同地點(diǎn),結(jié)果也同樣如此,愛因斯坦百思不解,這種疊加態(tài)效應(yīng)被稱為“遠(yuǎn)距離的幽靈作用”。MIT的物理學(xué)家演示了量子力學(xué)的奇異效應(yīng),從芝加哥郊區(qū)的實(shí)驗(yàn)室發(fā)射了中微子束,在明尼蘇達(dá)州北部邊緣的實(shí)驗(yàn)室接收了中微子束,實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人信服,實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了量子力學(xué)的一個(gè)理論設(shè)想:量子的疊加態(tài)行為在無限的距離上依然存在。