对于诸如量子叠加态等的量子特征的定义，仅仅针对的是观察者的视角而言的。比如，当我们在站台上从一个观察者的角度看火车时，火车看起来就处于不同位置的量子叠加态。
据美国“物理学网”（Phys.org）1月30日消息称，《自然通讯》（Nature Communications）杂志同日刊发的一篇研究论文阐述了奥地利维也纳大学（University of Vienna）的研究人员对量子参照系统与物理世界对称性的相关性所进行的研究。
根据物理学中最基本的原理之一，运动中的火车上的观察者与站台上的观察者运用的是相同的定律来描述站台上一个球的存在与运动，换句话说，物理定律是独立于观察者对参考系的选择的。像火车和站台这样的参考系属于物理系统，并且终究会遵循量子力学的规律。比如，它们可以同时处于不同位置叠加的量子态中。那么，对于这样一个“量子站台”上的观察者来说，对于这个球的描述会是什么样的呢？维也纳大学和奥地利科学院（Austrian Academy of Sciences）的研究人员证明，一个物体（在该例子中是球）是否具有量子特征取决于其所在的参考系，并且，物理定律仍然独立于它而发挥作用。
对于物理系统的描述，总是相对于参考系来进行的。例如，一个在站台上弹跳的球，可以既从站台本身，又从一列经过的火车上被观察到。这就引出了物理学中的一个基本原理——“一般协方差”（General Covariance）原理，该理论指出用来描述球运动的物理定律并不依赖于观察者所在的参照系。自伽利略以来，这一原理就一直是物理学界描述物体运动的关键，后来也成了爱因斯坦发展相对论的核心。最重要的一点是，其中包含了在不同参照系中来观测物理定律对称性的信息。
因为所有参考系都属于物理系统，所以它们最终都遵循量子力学的一般规律。一个由维也纳大学和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所（IQOQI-Vienna）的Časlav Brukner所领导的研究小组探寻了是否可以从一个“附着”在量子粒子上的观察者的视角来制定物理定律并引入一个量子参考系。经实验，他们证明了一个人可以把任何量子系统看作是一个量子参照系。具体说来，如果火车上的观察者看到的站台同时处于不同位置的叠加态中时，那么这个站台上的观察者所看到火车也处于一个叠加态中。因此，像球这样的物体所具有的是量子属性还是经典物理属性，取决于观察者所在的参照系。
该项研究表明，一般协方差原理可以推及到这类量子参照系中，这就意味着物理定律发挥作用的形式是独立于量子参照系的选择而存在的。该论文的第一作者Flaminia Giacomini介绍道：“我们的研究结果表明，物理世界的对称性必须在更基本的物理层面上进行扩展。”这一全新的见解可能在量子力学和引力的相互作用的学说中发挥作用，而这一领域是一块尚未被探索的处女地——在这种状态下，人们曾预测经典的参考系概念将是不能完全站得住脚的，因为参考系必须从根本上是具有量子属性的。
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编译：Jonathan
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://phys.org/news/2019-01-quantum-particle-world.html
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