博科園：本文為量子力學類
維也納大學研究人員研究了量子參照系與世界對稱性的相關性根據物理學中最基本的原理之一，運動中火車上的觀察者用與站在站臺上的觀察者相同定律來描述站臺上的球——物理定律獨立於參考系的選擇。像火車和平臺這樣的參考系是物理系統，最終遵循量子力學的規律。例如，它們可以同時處於不同位置疊加的量子態。那麼對於這樣一個“量子平臺”上的觀察者來說，這個球的描述會是什麼樣的呢？維也納大學(University of Vienna)和奧地利科學院(Austrian Academy of Sciences)的研究人員證明：
博科園-科學科普：一個物體(在我們的例子中是球)是否具有量子特徵取決於參考系，然而物理定律仍然獨立於它，研究結果發表在《自然通訊》上。物理系統總是相對於參考系來描述，例如一個球在站臺上彈跳，可以從站臺本身或從一列經過的火車上觀察到。物理學的一個基本原理，一般協方差原理，指出描述球的運動物理定律不依賴於觀察者的參照系。自伽利略以來，這一原理一直是描述運動的關鍵，也是愛因斯坦相對論發展的核心，它包含了從不同參照系看到物理定律對稱性的信息。參考系是物理系統，它最終遵循量子力學的規律。
- 量子特徵，如量子疊加，只定義相對於觀察者。當我們從站在站臺上的觀察者的角度看火車時，火車看起來是不同位置的量子疊加。圖片：Christian Murzek/IQOQI-Vienna
領導的一組研究人員Časlav Brukner維也納大學和研究所量子光學和量子信息(IQOQI-Vienna)奧地利科學院問自己是否可以制定物理定律從一個觀察者的角度“附加”量子粒子和引入量子參考系。他們證明了一個人可以把任何量子系統看作一個量子參照系。特別是當列車上的觀察者同時看到不同位置疊加的站臺時，站臺上的觀察者看到列車處於疊加狀態。因此它取決於觀察者的參照系，像球這樣的物體是具有量子性質還是經典性質。
- 然而坐在火車上的觀察者看到站臺上的觀察者和球處於量子疊加狀態。圖片：Christian Murzek/IQOQI-Vienna
研究表明，協方差原理可以推廣到這類量子參照系。這意味著物理定律的形式獨立於量子參照系的選擇。該論文的第一作者弗拉米尼亞•賈科米尼(Flaminia Giacomini)表示：我們的研究結果表明，世界的對稱性必須在更基本的層面上得到擴展，這一見解可能在量子力學和引力的相互作用中發揮作用，而引力是一種尚未被探索的狀態，因為在這種狀態下，人們預計經典的參考系概念將是不夠的，參考系必須從根本上是量子的。
博科園-科學科普｜研究/來自：維也納大學
參考期刊文獻: 《Nature Communications》
DOI: 10.1038/s41467-018-08155-0
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