量子客體能夠以波或粒子的形式存在,這是量子理論的基本原理之一。然而,只有當被測量時,它們才會以某種形式存在。在量子客體未被觀察的情況下,科學家們曾認為無法對其進行識別或追蹤。但是,最近發表在《物理評論A》(Physical Review A)期刊上一項研究表明,劍橋大學的物理學家們已經證實,追蹤未被觀察的量子粒子並非毫無可能。

該論文的主要作者是劍橋卡文迪甚實驗室(Cambridge』s Cavendish Laboratory)的一名博士生David Arvidsson-Shukur,他對名為「波函數」的物理假定產生了興趣,並解釋說,雖然波函數看似包含大量信息,但它更多被用作數學工具,而非真實的量子粒子的表現。「這就是為甚麼我們要接受這個挑戰,設法追蹤量子粒子的神秘運動。」 

研究者們發現,他們可以通過檢查量子客體和其環境的作用方式,追蹤到未被觀察的量子粒子,而無需測量客體本身。 

當粒子運動時,會給其環境留下「標記」,或者說與環境相互作用。每一個「標記」都會將粒子內的信息進行編碼。研究者們設法在不直接觀察粒子的情況下,確定這些「標記」的位置。

研究人員還發現,在追蹤這些「標記」的過程中,當實驗結束、觀察到粒子時,還可以對粒子信息進行解碼。這將使科學家們能夠追蹤量子粒子的運動,從而更深入的了解其特點。 

有機會驗證心靈感應的可能性

憑藉這種追蹤未被觀察的量子粒子的新手段,科學家們就可以檢驗以前的有關量子力學的預測,比如:一個粒子能同時存在於兩個地方;心靈感應,即兩個人在沒有任何粒子交往的情況下進行信息傳遞。 

因此,該研究不僅證實了原先被認為根本不可能的事情是存在的,更讓科學家們有機會驗證心靈感應的潛在可能性。 

但或許更重要的是,這項突破擴充了物理學家們對波粒子的理解。原先,波粒子被看作是抽象的計算工具,只是用來預測量子實驗的結果。但進行該研究的學者們發現,在每次「標記」後,每個量子內的編碼信息就與其波函數直接有關。 

「我們的結果表明,波函數和粒子的實際狀態緊密相關,」 Arvidsson-Shukur解釋道。「因此,我們得以探索到量子力學的禁區:在量子粒子未被觀察的情況下,確定其運動路徑。」 

該研究有助於進一步了解量子粒子和波粒子的運動及表現。可以預見,量子物理的基本「真理」將會被大量的新信息所檢驗,許多令人激動的新發現也將呈現在人們眼前。◇