量子世界的发现可能改写众所周知的物理定律

最近的一项实验为量子世界的运行揭示了新的奥秘：科学家们创造出了可以同时在 37 个不同维度上进行描述的光子。这一发现不仅突破了量子物理学目前已知的界限，还表明现实远比经典物理学让我们相信的要复杂得多。

纵观物理学史，不断有发现从根本上挑战我们理解现实的方式。正如《大众机械》（Popular Mechanics）的一篇文章所强调的那样，量子领域正是这样一个领域：一个看不见、但无处不在的存在层面，在这个层面上，通常的规则并不总是适用的。

在这里，粒子并不一定在它们 “应该 “在的地方，因果之间的关系可能变得模糊，出现的现象是经典物理学无法想象的。近年来的研究越来越多地表明，量子世界的运行逻辑与我们日常经历的现实世界截然不同。

经典物理学与量子物理学的冲突

经典物理学描述的世界是可预测的，受固定规律支配。物体受其周围环境的影响，因果关系简单明了、有迹可循，这与量子世界形成了鲜明对比。

最著名的例子之一就是量子纠缠。这一现象表明，无论相隔多远，两个粒子都能联系在一起。一个粒子状态的改变会瞬间影响到另一个粒子，就好像距离无关紧要一样–这种奇特的现象本身就对现实的本质提出了深刻的质疑。

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非局域性与量子世界的悖论

量子纠缠直接引出量子物理学的基础概念之一：非局域性。非局域性意味着粒子的行为并不完全受其周围环境的影响；它们还可以在一定距离之外相互影响。

格林伯格-霍恩-蔡林格（Greenberger-Horne-Zeilinger，GHZ）悖论说明了这一悖论，它表明量子理论无法以局部现实的方式进行解释。在某些情况下，数学描述会导致看似荒谬的结论，经典逻辑完全崩溃–有时甚至在数学上暗示 1 等于-1。这种悖论在理解量子世界如何以不同方式运行方面起着关键作用。

单一粒子中的 37 个维度

最近的一项研究旨在探索量子世界非经典行为的极限。科学家们创造了可以用 37 个不同维度来描述的光子。这些维度并不代表新的物理世界，而是代表不同的量子状态和参考参数，可以根据这些参数来研究粒子的行为。

正如人类的经验建立在三个空间维度和一个时间维度上一样，这些光子也是沿着多个平行的描述轴存在的。不同的是，量子维度是抽象的，与数学和物理参数相关，而不是可直接感知的方向。

在实验中，GHZ 悖论的变体被编码到相干光中。光的颜色和波长的一致性使得光子可以被非常精确地操纵。因此，研究人员成功地再现了迄今为止观测到的最非传统的量子态。

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这揭示了量子世界的什么？

研究人员认为，研究结果表明，量子物理学远未被完全理解。虽然量子理论已经存在了一个多世纪，但我们很有可能仅仅触及了量子世界真正运行的表面。

研究高维量子态可以开辟新的研究途径，帮助我们更好地理解量子现象的基本原理。科学家们希望，这些发现将为未来更惊人–真正非凡–的发现铺平道路。