物理學家稱量子力學可能不需要虛數

該理論準確地描述了許多微觀現象。其中包括著名的雙縫實驗，其中粒子也表現出類似波的行為，以及量子隧道，其中粒子有可能穿過障礙，即使它們沒有足夠的能量來克服經典意義上的障礙。其他關鍵的量子效應，例如糾纏和相干性，構成了當今包括量子計算和量子通訊在內的新興技術的基礎。

複數是必要的嗎？

幾十年來，量子力學一直以複數為基礎，複數結合了實部和虛部。在量子態的數學描述中，實部代表振幅，虛部代表相位。長期以來，這個框架一直被認為對於描述許多量子過程至關重要。

然而，物理學家一直在爭論複數到底是自然的基本組成部分還是只是一種方便的數學工具。這個問題本身引出了另一個問題：量子力學可以只用實數來表達嗎？

重新檢視一個關鍵的量子假設

2021 年的一項研究得出結論，在量子力學的標準假設下，複數是必不可少的（Renou 等人，Nature 600, 625 (2021)）。實驗結果也支持了這個結論。

來自杜塞爾多夫海因里希海涅大學 (HHU) 和德國航空航天中心 (DLR) 的研究人員在 Dagmar Bruß 博士和研究員 Pedro Barrios Hita 博士的領導下，決定重新審視這項先前工作背後的假設。

在發表於的一項新研究中 體檢信他們發現 2021 年分析中使用的其中一項假設比應有的限制性更強。透過用一種不同的、物理驅動的方法來描述量子系統如何組合來取代它，他們確定了一系列可以用實數完全表達的理論，同時在實驗上與傳統的量子力學沒有區別。

布魯斯教授說：“這意味著這兩個框架對任何可以想像的實驗都給出了相同的預測。因此，在這個框架中，虛數在量子力學中基本上是不必要的，原則上可以用使用實數的替代公式來代替。”