每当测量精度接近量子力学定义的不确定性极限时，测量结果就取决于与用于确定系统物理特性的仪表相互作用的动态。这一发现可以解释为什么量子实验经常产生相互矛盾的结果，并且可能与有关物理现实的基本假设相矛盾。

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广岛大学的两位量子物理学家最近分析了测量相互作用的动力学，其中物理属性的值通过仪表状态的定量变化来确定。这是一个难题，因为量子理论无法识别物理属性的值，除非系统处于该物理属性的所谓“本征态”，即一组非常小的特殊量子态，该物理属性具有固定值。研究人员通过将有关系统过去的信息与有关其未来的信息结合起来，描述测量交互过程中的系统动态，解决了这个基本问题，证明物理系统的可观测值取决于测量的动态观察它们的相互作用。

该团队于7月31日在《物理评论研究》上发表了他们的研究结果。

日本广岛大学先进科学与工程研究生院教授霍尔格·霍夫曼(Holger Hofmann)表示：“对量子力学的解释存在很大分歧，因为不同的实验结果无法与相同的物理现实相一致。”

“在本文中，我们研究了测量相互作用动力学中的量子叠加如何塑造在仪表响应中看到的系统的可观察现实。这是解释量子力学中“叠加”含义的重要一步。”霍夫曼说。

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，尽管在进行适当的测量时可以清楚地区分它们。该团队的研究分析表明，当进行不同的测量时，叠加描述了不同类型的现实。对象的真实性取决于对象与其周围环境的相互作用。

“我们的研究结果表明，物体的物理现实不能与其过去、现在和未来与环境的所有相互作用的背景分开，这提供了强有力的证据来反对人们普遍认为我们的世界可以简化为纯粹的物质配置的观点。构建块，”霍夫曼说。

根据量子理论，表示测量中观察到的物理特性值的仪表位移取决于仪表扰乱系统状态的反作用波动引起的系统动力学。不同可能的系统动力学之间的量子叠加塑造了仪表响应并为其分配特定值。

作者进一步解释说，系统动力学的波动取决于测量相互作用的强度。在弱相互作用的限制下，系统动力学的波动小得可以忽略不计，并且可以根据哈密尔顿-雅可比方程确定米移，这是一个经典的微分方程，表达物理性质和与其相关的动力学之间的关系。

当测量相互作用较强时，会观察到不同系统动力学之间复杂的量子干涉效应。完全解析的测量需要系统动力学的完全随机化。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性质的特征值相对应的量子过程的那些组成部分。特征值是教科书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等。正如新结果所示，这些值是动态完全随机化的结果。当系统动力学未通过测量完全随机化时，需要考虑不同的值。

有趣的是，这一观察为在现实描述中使用测量结果提供了新的视角。人们通常认为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仅是由足够强的测量中的量子干涉产生的。我们对实验数据含义的理解可能需要进行根本性的修改。

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。“依赖于背景的现实可以解释一系列看似矛盾的量子效应。我们现在正在努力更好地解释这些现象。最终，我们的目标是对量子力学的基本概念有更直观的理解，避免因对微观物体现实的天真信念而造成误解。”霍夫曼说。