一项新的思想实验激发了量子物理学的基础世界，并使物理学家阐明了量子理论的不同解释（多世界或哥本哈根）是如何迫使人们放弃关于现实的看似合理的假设的。
如果一枚硬币不能同时从正面和反面掉落，物理学家需要放弃关于现实本质的简单假设。没有人认为量子力学是一种成功的理论。 她以微观尺度对世界的本质做出了惊人的准确预测。 这场辩论已经进行了将近一百年，它涉及到她告诉我们有关物体的存在和现实的问题。 有很多解释可以回答这个问题，每种解释都需要相信关于现实本质的某些但未经证实的陈述（即假设）。
一个新的思维实验挑战了这些假设，动摇了量子物理学的基础。 当然，他本人很奇怪。 例如，它要求进行测量，这些测量可以擦除最近观察到的任何信息。 人们不可能做到这一点，量子计算机可以进行这样一个奇怪的实验，并且从理论上讲，可以找到不同的量子物理学解释之间的差异。
“有时候，有些工作会引起激烈的辩论，反思和讨论，而事实就是如此，”加利福尼亚橙县查普曼大学量子物理学专家
马修·莱弗说。 “这个思想实验将被添加到量子物理学基础中发现的奇怪事物的经典中。”
该实验是由瑞士联邦理工学院的Daniela Frauhiger和
Renato Rener开发的，它包括一组假设，乍看之下是相当合理的。 但是，这导致了矛盾，这表明至少一个假设是不正确的。 选择错误的假设会影响我们对量子世界的理解，并指出量子力学不是通用理论，不适用于人类等复杂系统的可能性。
量子物理学以对用于描述量子世界中正在发生的事情的方程式的不同解释而臭名昭著。 但是在一个新的思想实验中，所有的解释都会立即受到影响。 它们每个都与一个或另一个假设相矛盾。 我们是否可以期待全新的事物来寻找对现实的一致描述？
量子理论在光子，电子，原子，分子乃至大分子的尺度上都非常有用。 但这是否适用于远远超过大分子的系统？ 伦纳说：“我们还没有实验性地证实量子力学在更大范围内的适用性-大是指病毒或小细胞的数量级。” “尤其是，我们不知道它是否适用于像人一样大的物体，甚至更不适用于像黑洞一样大的物体。”
尽管缺乏经验证据，但物理学家认为，量子力学可以用来描述各种规模的系统-也就是说，它是通用的。 为了检验这一假设，弗劳希格和雷纳提出了自己的思想实验，扩大了
尤金·维格纳在 1960年代的工作。 一项新的实验表明，在量子世界中，两个人可能对看似无可争辩的结果（例如硬币掉了）持不同意见，这表明关于量子现实的假设中缺少某些东西。
在标准量子力学中，量子系统（例如亚原子粒子）由称为波函数的数学抽象表示。 物理学家会及时计算出粒子波函数的演变。
尤金·维格纳（Eugene Wigner）是美国物理学家和匈牙利血统的数学家，1963年诺贝尔物理学奖获得者，是量子理论发展的关键人物之一。但是，波动函数无法为我们提供粒子属性的确切值，例如其位置。 即使我们想知道粒子在哪里，在任何时空的任何时刻其波动函数的值都允许我们仅计算在此位置检测到粒子的概率。 在我们在此位置寻找粒子之前，先分布波函数，然后分配在不同位置查找粒子的不同概率。 据说粒子处于量子叠加状态，同时存在于许多地方。
通常，量子系统可以处于状态的叠加状态，其中“状态”是指其他属性，例如，粒子的自旋。 Frauchiger-Rener思想实验操纵了重叠的复杂量子物体-甚至可能是人。
实验中有四个角色：爱丽丝，爱丽丝的朋友，鲍勃和鲍勃的朋友。 爱丽丝的朋友在实验室里，对量子系统进行测量，爱丽丝站在外面，看着实验室和其他人。 鲍勃的朋友在另一个实验室里，鲍勃监督着他和实验室，认为他们是一个系统。
在第一个实验室中，爱丽丝的朋友测量了一次抛硬币实验的结果，该实验的目的是使鹰在三分之一的情况下掉落硬币，而在三分之二的情况下掉落尾巴。 如果有鹰掉落，爱丽丝的朋友将旋转向下指向一个粒子，如果是尾巴，他将以重叠的方式准备该粒子，其中后背同时以相同的比例向上和向下。
爱丽丝的朋友向鲍勃的朋友发送了一个粒子，他测量了她的旋转。 根据结果，鲍勃的朋友可以推断出爱丽丝的朋友抛硬币后看到了什么。 例如，如果他发现旋转向上的粒子，那么他知道尾巴已经掉落了。
实验继续。 爱丽丝测量她的朋友和实验室的状态，并将其视为单个量子系统，并使用量子理论进行预测。 鲍勃与他的朋友和实验室也做同样的事情。 第一个假设：参与者可以使用量子力学来分析另一个系统，甚至是一个复杂的系统，其他人也可以参与其中。 换句话说，量子理论是普遍的，并且宇宙中的所有事物，包括整个实验室（及其内部的科学家）都根据量子力学的规则进行工作。
这种假设使Alice可以将她的朋友和实验室视为一个系统，并进行某些测量，以使整个实验室（包括其内容）处于状态的叠加。 这不是一个简单的测量，这使实验变得很奇怪。
理解此过程的最简单方法是检查水平和垂直极化叠加的单个光子。 假设我们测量极化，发现它是垂直的。 现在，如果我们继续测量光子的极化，它将一直保持垂直。 但是，如果我们测量垂直极化的光子，以便确定它是否在另一个方向极化，例如与垂直方向成45度，我们将发现它的概率为50％，概率为50％事实并非如此。 现在，如果我们重新测量我们认为是垂直极化的光子，就会发现它不再是垂直极化的，而已经获得了水平极化。 45度极化测量将光子恢复为水平极化和垂直极化的叠加。
所有这些对于单个粒子都可以正常工作，并且这种测量已在实际实验中成功确认。 但是在思想实验中，Frauhiger和Rener希望对复杂的系统做类似的事情。
在实验的这个阶段，爱丽丝的朋友已经看到硬币是如何被鹰或尾巴掉落的。 但是，爱丽丝的复杂测量结果使包括她的朋友在内的实验室陷入了老鹰和尾巴的叠加状态。 在这种奇怪的状态下，爱丽丝的朋友再也不需要了。
瑞士研究所的物理学家雷纳托·雷纳（Renato Rener）与丹妮拉·弗劳希格（Daniela Frauhiger）提出了一个悖论，后者在共同工作后不久就离开了该机构。但是爱丽丝尚未完成。 根据她的复杂测量结果（其结果可以简单地表示为“是”或“否”），她可以了解鲍勃朋友的测量结果。 假设爱丽丝得到肯定。 使用量子力学，她可以计算出Bob的朋友发现粒子向上旋转，因此，Alice的朋友看到了尾巴掉了出来。
爱丽丝的这一观察需要对她使用量子理论的另一个假设。 她不仅知道这个结果，而且知道鲍勃的朋友到底是如何使用量子理论得出有关抛硬币结果的结论的。 爱丽丝也得出这个结论。 一致性假设指出，不同个体使用量子理论所做的预测并不相互矛盾。
同时，鲍勃可以将他的朋友放置在一个量子叠加层上，以具有相同复杂尺寸的实验室。 答案可能是是或否。 如果鲍勃（Bob）同意，那么测量结果可以使他得出结论：爱丽丝的朋友应该已经看到硬币上的鹰。
显然，爱丽丝和鲍勃可以进行测量并比较他们对抛硬币结果的假设。 但是这里使用了另一个假设：如果面部测量结果表明硬币已经掉了尾巴，那么相反的事实-失去鹰头-可能就不成立。
现在一切都准备好了。 当爱丽丝在尺寸上收到“是”时，她认为硬币已经掉了尾巴，而鲍勃收到“是”时，他就认为硬币已经掉了鹰。 在大多数情况下，爱丽丝和鲍勃得到相反的结果。 但是Frauhiger和Rener指出，在十二分之一的情况下，爱丽丝和鲍勃在同一情况下会得到“是”，因此，如果爱丽丝的朋友看到鹰或尾巴，他们将不会同意。 Rener说：“结果，他们俩都在谈论事件，都对结果有把握，但他们的说法相反。” -这是一个矛盾。 这表明出了点问题。”
这使Frauhiger和Rener指出，思想实验所依据的三个假设之一是不正确的。
“科学就此停止。 Rener说：“我们只知道这三者之一是错误的，我们无法令人信服地证明哪一行为受到侵犯。” “这是解释和品味的问题。”
幸运的是，这里有大量
的量子力学解释 ，几乎所有人都在谈论测量时波函数会发生什么。 取得粒子的位置。 在进行测量之前，我们只能谈论在某处找到它的可能性。 测量后，颗粒占据一定位置。 在哥本哈根的解释中，测量导致波函数崩溃，因此我们不能谈论颗粒的这种属性，即其在测量之前的位置。 一些物理学家认为，哥本哈根的解释声称这些性质直到测量时才是真实的。
像某些现代物理学家一样，这种“反现实主义”对爱因斯坦来说是陌生的。 就像使波浪函数崩溃的尺寸的概念一样，尤其是因为哥本哈根的解释并没有说什么可以被视为尺寸。 该理论的替代解释基本上是试图提出一种现实的方法-量子系统具有独立于观察者和测量的属性-或避免由测量引起的崩溃，或者同时避免两者。
例如，一个多世界的解释从表面上看待波动函数的演化并否认其崩溃。 如果一枚硬币的量子抛掷可能导致老鹰或尾巴，那么在多世界的情况下，两者都会发生，只是在不同的世界中。 然后，假设实验有一个结果，即如果硬币掉落在尾巴上，那么硬币就不能同时掉落在鹰头下，这一假设就破产了。 在世界范围内，抛硬币的结果既是鹰又是尾巴，因此爱丽丝和鲍勃有时会得到相反的答案并不是一个矛盾。
复杂系统的量子功能自发崩溃的解释违反了量子理论普遍性的假设。
解释假设违反了量子贝叶斯主义之类的解释，其中测量结果取决于观察者的观点。
多世界的解释违反了不可能取得相反结果的假设。“我必须承认，如果您在两年前问过我，我想说的是我们的实验仅表明多元解释有效，您只需要删除它，” Rener说，要求测量得出单一结果。
牛津大学的理论物理学家
戴维·德意志 （
David Deutsch ）持相同观点，当她出现在
arxiv.org网站上时，她就了解了Frauhiger-Rener的工作。 在该版本的工作中，作者倾向于使用一个世界众多的场景（最新版本的工作采用了更为不可知的方法，该最新版本于9月在《自然通讯》上进行了同行评审和发布）。 Deutsch认为，思想实验仍然支持多世界的解释。 他说：“我相信，随着波动函数的崩溃或单个宇宙的崩溃，他很可能会扼杀期权，但期权已经失效。” “我不确定用更大的炮再次攻击他们有什么意义。”
雷纳改变了他的观点。 他认为，量子力学普遍性的假设很可能是错误的。
例如，这种假设被所谓的 自发坍塌的理论，顾名思义，主张波动函数的自发随机坍塌，与测量无关。 这些模型保证了诸如粒子之类的小量子系统几乎可以永远保持重叠状态，但是系统变得越重，它们自发塌陷成经典状态的可能性就越大。 测量仅检测崩溃系统的状态。
在自发坍塌的理论中，量子力学不能应用于质量大于阈值的系统。 尽管这些模型还没有进行实证检验，但是还没有人提出反驳。
日内瓦大学的
尼古拉斯·吉津 （
Nicholas Gizin）倾向于采用自发坍塌理论来解决Frauhiger-Rener实验中的矛盾。 他说：“我摆脱困境的方式是：不，在某些时候，叠加原理不再有效。”
如果您要坚持量子理论的普遍适用性和测量的单一形式的假设，那么您就必须放弃最后一个假设-一致性：“使用量子理论的各种行为者的预测不能相互矛盾。”
Leifer使用Frauchiger-Rener实验的略微修改版本，表明如果哥本哈根理论正确，则必须放弃最后一个假设或其变体。 在他的分析中，这些理论具有共同的属性-它们具有普遍适用性，反现实性（也就是说，它们说的是缺乏量子系统的某些特定属性，例如在测量之前的位置）并且是完整的（没有隐藏的现实，该理论无法描述）。 考虑到这些属性，他的工作声称给定的维度并没有一个对所有观察者都客观真实的结果。 因此，如果检测器点击了爱丽丝朋友的实验室，这对她来说将是一个客观事实，但对于不在实验室并使用量子理论对其进行模拟的爱丽丝来说，这并不是一个客观事实。
测量结果取决于观察者的观点。莱弗说：“如果您想支持哥本哈根会议的观点，那么最好的方法就是切换到这种不同观点的版本。”他指出，某些解释，例如量子贝叶斯主义或KBism，已经对观察者采取了测量结果的主观性方法。雷纳认为，放弃这一假设将破坏演员发现他人所知的能力；这样的理论可以简单地作为唯我论抛弃。任何朝着事实的主观性方向发展的理论都必须以某种方式重新定义知识转移的方法，使其满足两个相反的局限性。它应该足够弱，以免引起Frauhiger-Rener实验中观察到的悖论。但是他必须足够坚强，不能被指责为唯我论。到目前为止，还没有人能够提出一种使所有人满意的类似理论。
Frauhiger-Rener实验引起了三个看似合理的假设之间的矛盾。加拿大周界理论物理研究所的罗布·斯普肯斯说，试图解释量子理论的不同解释如何违反这些假设是“极其有用的练习” 。Speckens说：“这个思想实验是一个很好的镜头，通过它可以探索不同阵营之间对量子理论的解释之间的观点差异。” -我认为他实际上并没有消除以前人们支持的选择，但是他确切地发现了各种解释营应该避免什么矛盾。他帮助阐明了人们对其中一些问题的态度。”鉴于理论家无法分开解释，实验者正在考虑如何实施这种思想实验，以期阐明问题。但这不是一件容易的事，因为实验提出了奇怪的要求。例如，当爱丽丝（Alice）对她的朋友和实验室有特殊的看法时，她会将一切（包括朋友的大脑）置于国家的叠加状态。从数学上讲，这种复杂的测量等同于这样一个事实，我们首先反转系统的暂时发展-也就是说，删除了参与者的记忆，并且量子系统（它测量的粒子）返回到其原始状态-然后我们仅对一个粒子进行了更简单的测量，澳大利亚格里菲斯大学的霍华德·怀斯曼。这种测量可能很简单，但是正如吉赞非常礼貌地指出的那样，“使一个包括他的大脑和记忆在内的演员倒退是实验的敏感部分。”不过，吉赞并不否认，也许有一天，可以使用复杂的量子计算机作为实验室内部的参与者（扮演爱丽丝和鲍勃的朋友）来进行该实验。原则上，量子计算机的暂时发展可以逆转。一种可能性是，这样的实验将在量子计算机变得更加复杂的同时重现标准量子力学的预测。也许不是。
“另一种选择是，在开发量子计算机时，有时会遇到叠加原理的限制，我们会发现量子力学并不普遍，”吉赞说。莱弗（Leifer）提倡新事物。他说：“我认为，对量子力学的正确解释将与上述任何一种都不同。”他用相对论将爱因斯坦出现之前的时代与量子力学的现状进行了比较。实验人员没有发现发光醚的迹象 “-被认为是光波在牛顿宇宙中传播的媒介。爱因斯坦认为以太不存在。他证明了时空是可变的。”在爱因斯坦之前，不可能认为时空的结构会发生变化”， -莱弗说。他认为量子力学现在也处于类似情况。他说：“我们可能对世界的建设方式做出无条件的假设，这实际上是错误的。” “当我们改变它们时，当我们改变我们的假设时，一切都会突然就位。” 我希望如此。任何对量子力学的所有解释都持怀疑态度的人都应该这样推理。我能告诉您一个适合这种假设的候选人吗？如果可以的话，我将致力于这一理论。”