這個(gè)量子謎題曾引發(fā)了阿爾伯特·愛因斯坦與尼爾斯·玻爾在1927年的一場(chǎng)著名論戰(zhàn)。

科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直努力探究一個(gè)基本問(wèn)題：光究竟是什么？

它是一種像水面漣漪一樣流動(dòng)的波？還是由在空間中穿梭的微型“彩彈”般的微小粒子組成的？

這個(gè)根本性問(wèn)題正是雙縫實(shí)驗(yàn)的核心，該實(shí)驗(yàn)揭示了光的雙重本質(zhì)。

就在最近，麻省理工學(xué)院（MIT）的物理學(xué)家們進(jìn)行了一項(xiàng)精度驚人的原子級(jí)實(shí)驗(yàn)。

有趣的是，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為量子力學(xué)巨擘阿爾伯特·愛因斯坦與尼爾斯·玻爾之間關(guān)于光難以捉摸本質(zhì)的長(zhǎng)期爭(zhēng)論一錘定音。

研究人員指出：“麻省理工的物理學(xué)家證實(shí)，就像超人一樣，光具有兩種不可能同時(shí)被看到的身份?！?/p>

光的雙重本質(zhì)

由托馬斯·楊在1801年首次演示的雙縫實(shí)驗(yàn)，已發(fā)展成為量子力學(xué)的基石。

它著名的展示了光同時(shí)表現(xiàn)出波的特性和粒子的行為。

最初，實(shí)驗(yàn)顯示當(dāng)光通過(guò)兩條狹縫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉圖案 —— 交替的明暗條紋 —— 這時(shí)的行為像波。

然而，如果科學(xué)家試圖觀察光究竟通過(guò)了哪條狹縫，干涉圖案就會(huì)消失，光突然表現(xiàn)得像粒子。
這個(gè)令人困惑的現(xiàn)象突顯了量子力學(xué)的一個(gè)核心原理：光同時(shí)以粒子和波的形式存在，但你一次只能觀察到其中一種特性。

這種看似矛盾的“波粒二象性”曾讓早期的量子先驅(qū)們困惑不已。

這個(gè)量子謎題最終導(dǎo)致了愛因斯坦與玻爾在1927年的一場(chǎng)著名辯論。

愛因斯坦相信自己能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以同時(shí)觀測(cè)到光的粒子路徑和波的干涉。

玻爾則運(yùn)用測(cè)不準(zhǔn)原理（不確定性原理）爭(zhēng)辯道，任何試圖測(cè)量光子路徑的嘗試都不可避免地會(huì)擾動(dòng)它，從而破壞干涉圖案。

幾十年來(lái)，眾多版本的雙縫實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了玻爾的觀點(diǎn)。

但如今，由沃爾夫?qū)た颂乩眨╓olfgang Ketterle）教授領(lǐng)導(dǎo)的麻省理工學(xué)院物理學(xué)家們，完成了迄今為止最“理想化”的版本，將其推向了量子核心。

他們沒有使用物理狹縫，而是用單個(gè)超冷原子充當(dāng)“狹縫”。

研究團(tuán)隊(duì)將一萬(wàn)多個(gè)原子冷卻到接近絕對(duì)零度，并用激光將它們排列成一個(gè)精確的晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。每個(gè)原子都有效地成為一個(gè)孤立的、完全相同的狹縫。

然后，他們照射一道非常微弱的光束，確?！懊總€(gè)原子最多只散射一個(gè)光子”。

科學(xué)家們假設(shè)，他們這種使用精確排列的單個(gè)原子的裝置，可以作為一個(gè)微型雙縫實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)將微弱光束射向這些原子，他們可以研究單個(gè)光子如何與兩個(gè)相鄰的原子相互作用，從而揭示光的行為是像波還是像粒子。

克特勒說(shuō)：“我們所做的可以被視為雙縫實(shí)驗(yàn)的一個(gè)新變體。這些單個(gè)原子就像是你能建造出來(lái)的最小的狹縫。”

塵埃落定

該團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)調(diào)整固定原子的激光束，精確調(diào)節(jié)這些原子“狹縫”的模糊程度。

這些原子的模糊程度影響了獲取光子路徑信息的多少。

他們的結(jié)果完全符合量子理論，并明確地支持了玻爾的觀點(diǎn)。

他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)清晰的關(guān)系：他們確定光子路徑（確認(rèn)其粒子行為）的精度越高，波狀干涉圖案就消退得越厲害。

研究人員觀察到，每當(dāng)原子被經(jīng)過(guò)的光子輕微推動(dòng)時(shí)，波的干涉圖案就會(huì)減弱。這證實(shí)了獲取光子路徑信息的行為會(huì)自動(dòng)抹去其波的特性。

這些發(fā)現(xiàn)最終證明愛因斯坦在這個(gè)特定的量子情境中是錯(cuò)的，再次肯定了量子現(xiàn)實(shí)奇特且反直覺的本質(zhì)。

該研究成果已發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上。

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