物理学家发现了一个新的量子悖论，它让人对现实的一根支柱产生了怀疑

如果森林里的一棵树倒下了，却没有人听到，它会发出声音吗？一些人说，也许不是。

如果有人在那里听到呢？如果你认为这意味着它显然确实发出了声音，你可能需要修改这一观点。

我们在量子力学中发现了一个新的悖论--量子力学是我们的两个最基本的科学理论之一，还有爱因斯坦的相对论--这个悖论让人们对一些关于物理现实的常识性观点产生了怀疑。

在一个地方做出的选择不会立即影响到遥远的事件。(物理学家称这种现象为局部性。)。

这些都是直观的想法，甚至物理学家也普遍相信。但我们发表在“自然物理”上的研究表明，它们不可能都是真的--或者量子力学本身一定会在某种程度上崩溃。

这是迄今为止量子力学一系列发现中最有力的一项，这些发现颠覆了我们对现实的看法。为了理解为什么它如此重要，让我们来看看这段历史。

量子力学能很好地描述微小物体的行为，例如原子或光粒子(光子)。但这种行为是…。非常奇怪。

在许多情况下，量子理论并没有给出诸如粒子现在在哪里这样的问题的确切答案，相反，它只提供了粒子被观察时可能在哪里被发现的概率。

对于一个世纪前该理论的创始人之一尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)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特性只有在被测量之后才会真正存在。

更重要的是，因为粒子的某些性质不可能同时完美地观察到--比如位置和速度--它们不可能同时是真实的。

正如阿尔伯特·爱因斯坦一样，爱因斯坦认为这个想法站不住脚。在1935年与同为理论家的鲍里斯·泊道尔斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)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。

这篇文章考虑了一对遥远的粒子，它们处于一种特殊的状态，现在被称为纠缠态。当在两个纠缠粒子上测量到相同的性质(例如，位置或速度)时，结果将是随机的-但每个粒子的结果之间将存在相关性。

例如，测量第一个粒子的位置的观察者可以完美地预测测量远处粒子的位置的结果，甚至不需要接触它。或者观察者可以选择预测速度。他们争辩说，这有一个自然的解释，如果这两个属性在测量之前就已经存在，这与玻尔的解释相反。

然而，1964年，北爱尔兰物理学家约翰·贝尔发现，如果你对这两个粒子进行更复杂的不同测量组合，爱因斯坦的论点就会失败。

贝尔表明，如果两个观察者在测量他们粒子的一种或另一种属性(如位置或速度)之间随机而独立地选择，那么平均结果就不能用任何位置和速度都是预先存在的局部属性的理论来解释。

这听起来令人难以置信，但实验现在已经确凿地证明了贝尔的相关性确实存在。对于许多物理学家来说，这证明玻尔是对的：物理性质只有在被测量之后才会存在。

1961年，匈牙利裔美国理论物理学家尤金·维格纳(Eugene Wigner)设计了一个思维实验，以展示测量概念的微妙之处。

他考虑了这样一种情况，他的朋友走进一个密封的实验室，对一个量子粒子进行测量-比如说它的位置。

然而，维格纳注意到，如果他从外部应用量子力学方程来描述这种情况，结果就截然不同。不是朋友的测量使粒子的位置真实，而是从维格纳的角度来看，朋友与粒子纠缠在一起，并感染了围绕它的不确定性。

这类似于薛定谔著名的猫，这是一个思维实验，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。

对维格纳来说，这是一个荒谬的结论。相反，他相信一旦观察者的意识介入，纠缠就会瓦解，从而使这位朋友的观察变得明确。

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上，该悖论首先由维也纳大学的ČAslav Brukner提出。在这个场景中，有两个物理学家-叫他们爱丽丝和鲍勃-每个人都有自己的朋友(查理和黛比)在两个遥远的实验室。

还有另一个转折：查理和黛比现在正在测量一对纠缠的粒子，就像贝尔实验中的那样。

正如维格纳的论点一样，量子力学的方程式告诉我们，查理和黛比应该与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会纠缠在一起。

我们的实验是这样进行的：朋友们进入他们的实验室，测量他们的粒子。过了一会儿，爱丽丝和鲍勃每人抛硬币。如果它有头，他们就会打开门，问他们的朋友他们看到了什么。如果是它的尾巴，它们会进行不同的测量。

如果查理以威格纳计算的方式与他观测到的粒子纠缠，这种不同的测量结果总是给爱丽丝一个积极的结果。鲍勃和黛比也是如此。

然而，在这项测量的任何实现中，他们的朋友在实验室内观察到的任何记录都不能到达外部世界。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。

如果本文开头的三个直观想法是正确的，那么每个朋友都看到了他们在实验室内进行测量的真实而独特的结果，而不管Alice或Bob后来是否决定打开他们的门。此外，爱丽丝和查理看到的东西不应该取决于鲍勃远处的硬币是如何落下的，反之亦然。

我们表明，如果是这样的话，爱丽丝和鲍勃期望在他们的结果之间看到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看到超出这些极限的关联。

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。每个朋友的测量由每个光子在设置中可能采取的两条路径中的一条来扮演，这取决于称为偏振的光子的属性。也就是说，路径测量的是两极分化。

我们的实验实际上只是原则上的证明，因为朋友们都很小，很简单。但它开启了一个问题，即同样的结果是否适用于更复杂的观察者。

我们可能永远无法在真人身上做这个实验。但我们认为，如果朋友是在巨型量子计算机上运行的人类级别的人工智能，那么有一天可能会创造出一个决定性的演示。

虽然决定性的测试可能还需要几十年的时间，但如果量子力学的预测继续成立，这对我们对现实的理解有很大的影响-甚至比贝尔关联更重要。

首先，我们发现的相关性不能仅仅用物理特性在测量之前不存在的说法来解释。

我们的结果迫使物理学家直面测量问题：要么我们的实验没有扩大规模，量子力学让位于所谓的客观塌缩理论，要么我们的三个常识假设中的一个必须被拒绝。

有一些理论，比如德布罗意-波姆，假设在一定距离内行动，行动可以在宇宙中的其他地方产生即时效应。然而，这与爱因斯坦的相对论直接冲突。

一些人寻求一种拒绝选择自由的理论，但他们要么要求反向因果关系，要么要求一种看似阴谋论的宿命论形式，称为超决定论。

另一种解决冲突的方法可能是让爱因斯坦的理论更具相对性。对于爱因斯坦来说，不同的观察者可能会对某事发生的时间或地点存在分歧-但发生的事情是绝对的事实。

然而，在一些解释中，如关系量子力学、QBism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。

所有这一切并不意味着你可以选择你自己的现实。首先，你可以选择你问什么问题，但答案是由世界给出的。即使在关系世界中，当两个观察者交流时，他们的现实也是纠缠在一起的。通过这种方式，可以出现一个共同的现实。

也就是说，如果我们都目睹了同一棵树倒下，而你却说听不见，那么你可能只需要一个助听器。

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