当测量的精度接近量子力学的不确定性极限时，测量结果受到与用于确定系统物理特性的仪器相互作用的动力学影响。这一发现解释了为何量子实验常常产生矛盾的结果，并可能与物理现实的基本假设相悖。
广岛大学的两位量子物理学家最近研究了测量相互作用的动力学，发现物理特性的值与仪器状态的变化密切相关。这是一个复杂的问题，因为量子理论无法确定物理特性的值，除非系统处于特定的“特征态”，这是一组非常小的特殊量子态，物理特性在此状态下具有固定值。
研究人员通过将系统的历史信息与未来信息结合，解决了这一基本问题，描述了测量相互作用期间系统的动力学，证明了物理系统的可观测值依赖于观察时的测量相互作用的动力学。
该团队在7月31日的《物理评论研究》上发表了他们的研究成果。
“关于量子力学的解释存在许多争议，因为不同的实验结果无法与同一物理现实相协调，”日本广岛大学高级科学与工程研究生院的教授霍尔格·霍夫曼（Holger Hofmann）表示。
“在这篇文章中，我们探讨了测量相互作用动力学中的量子叠加如何影响仪器响应中所观察到的系统现实。这是理解量子力学中‘叠加’意义的重要一步，”霍夫曼补充道。
在量子力学中，叠加描述了一种情况，其中两种可能的现实似乎共存，即使在适当测量时可以清晰地区分它们。对该团队研究的分析表明，不同的测量会导致叠加描述不同种类的现实。物体的真实感取决于其与周围环境的相互作用。
霍夫曼表示：“我们的研究结果表明，一个物体的物理现实无法脱离其与环境的所有相互作用，包括过去、现在和未来，这为人们普遍认为我们的世界可以简化为仅仅是物质构建块的配置提供了有力证据。”
根据量子理论，表示测量中观察到的物理特性值的米移依赖于系统的动力学，这种动力学是由米扰动系统状态的反作用波动引起的。不同可能的系统动力学之间的量子叠加形成了仪器响应并赋予其特定值。
作者进一步解释了系统动力学的波动取决于测量相互作用的强度。在弱相互作用的情况下，系统动力学的波动可以忽略不计，米移可以由Hamilton-Jacobi方程确定，该方程是一个经典微分方程，描述物理特性与相关动力学之间的关系。
当测量相互作用较强时，可以观察到不同系统动力学之间复杂的量子干涉效应。完全分辨的测量要求系统动力学完全随机化。这对应于所有可能的系统动力学的叠加，其中量子干涉效应仅选择与物理特性特征值相对应的量子过程的组成部分。
特征值是教科书中量子力学分配给测量结果的值——精确的光子数、自旋向上或自旋向下等。新的结果表明，这些值是动力学完全随机化的结果。当测量的系统动力学不是完全随机化时，需要考虑不同的值。
有趣的是，这一观察为在描述现实时使用测量结果提供了新的视角。通常假设局域粒子或整数自旋值是与测量无关的现实元素，但这些研究结果表明，这些值只有在足够强的测量中由量子干涉产生。我们对实验数据意义的理解可能需要进行根本性的修正。
霍夫曼和他的团队期待进一步澄清在许多量子实验中观察到的矛盾结果。“情境依赖的现实可以解释一系列看似矛盾的量子效应。我们现在正致力于更好地解释这些现象。最终，我们的目标是发展对量子力学基本概念的更直观理解，避免因天真地相信微观物体的真实性而引起的误解，”霍夫曼说。
来自日本广岛大学高级科学与工程研究生院的Tomonori Matsushita也参与了这项研究。
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希望本篇文章《测量是否能揭示我们所见的现实？》能对你有所帮助！
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