國際研究小組證明可以在現(xiàn)實世界中觀察到量子力學(xué)虛數(shù)部分的作用
近一個世紀(jì)以來，物理學(xué)家一直對一個基本問題感到好奇：為什么復(fù)數(shù)在量子力學(xué)中如此重要，即含有虛數(shù)i的物理公式。通常情況下，人們認(rèn)為它們只是一種數(shù)學(xué)技巧，以方便描述現(xiàn)象，只有用實數(shù)表示的結(jié)果才有物理意義。然而，一個由波蘭-中國-加拿大科學(xué)家組成的研究小組已經(jīng)證明，可以在現(xiàn)實世界中觀察到量子力學(xué)的虛數(shù)部分的作用。 _
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直到現(xiàn)在，似乎只有實數(shù)才與可測量的物理量有關(guān)。然而，在來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和卡爾加里大學(xué)的科學(xué)家們的參與下，由華沙大學(xué)量子光學(xué)技術(shù)中心（QOT）的Alexander Streltsov 博士團隊進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)了糾纏光子的量子態(tài)，如果不借助復(fù)數(shù)就無法區(qū)分。此外，研究人員還進(jìn)行了一項實驗，證實了復(fù)數(shù)對量子力學(xué)的重要性。描述該理論和測量的文章已發(fā)表在《物理評論快報》和《物理評論A》雜志上。 p!|ok #s W
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"在物理學(xué)中，復(fù)數(shù)被認(rèn)為是純粹的數(shù)學(xué)性質(zhì)。誠然，盡管它們在量子力學(xué)方程中發(fā)揮著基本作用，但它們只是被當(dāng)作一種工具，是為物理學(xué)家提供計算便利的東西�，F(xiàn)在，我們已經(jīng)從理論上和實驗上證明，有些量子態(tài)只有在復(fù)數(shù)的參與下進(jìn)行計算時才能被區(qū)分出來，"Streltsov博士解釋說。 r,!7TuBl
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復(fù)數(shù)是由實數(shù)和虛數(shù)兩部分組成的。它們的形式是a+bi，其中數(shù)字a和b是實數(shù)。i是虛數(shù)，被定義為-1的平方根。 k 2_ "
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假設(shè)桌子上有2或3個蘋果。當(dāng)我們拿走一個蘋果時，我們可以說是一個物理缺失，并用負(fù)整數(shù)-1來描述它。我們可以把蘋果切成兩塊或三塊，得到有理數(shù)1/2或1/3的物理等價物。這些都是可以測量到的物理量，它們都可以用實數(shù)來表達(dá)。但桌子上仍然不可能出現(xiàn)i個蘋果。 `GUj.+u
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復(fù)數(shù)在物理學(xué)中令人驚訝的作用與以下事實有關(guān)，即它們可以用來描述各種振蕩，比使用流行的三角函數(shù)要方便得多。因此，計算是用復(fù)數(shù)進(jìn)行的，然后在最后只考慮其中的實數(shù)。 (zCas}YAKI
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與其他物理理論相比，量子力學(xué)是特殊的，因為它必須描述物體在某些條件下可以像粒子，而在其他條件下像波。這個理論的基本方程，作為一個假設(shè)，是薛定諤方程。它描述了某個函數(shù)在時間上的變化，稱為波函數(shù)，它與在特定狀態(tài)下找到一個系統(tǒng)的概率分布有關(guān)。然而，虛數(shù)i公開出現(xiàn)在薛定諤方程的波函數(shù)旁邊。 cRDjpc]
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“幾十年來，人們一直在爭論是否可以僅用實數(shù)來創(chuàng)建連貫和完整的量子力學(xué)。因此，我們決定尋找只能用復(fù)數(shù)來區(qū)分的量子態(tài)�！盨treltsov博士說：“決定性的時刻是在實驗中我們創(chuàng)造了這些狀態(tài)，并在物理上檢查它們是否可以被區(qū)分�！�
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