愛因斯坦輸了。
2025年,麻省理工的一間實(shí)驗(yàn)室里,科學(xué)家們架好儀器,一束激光射向陣列中的超冷原子,屏幕亮了,熟悉又詭異的干涉條紋再度顯現(xiàn)。
但這一次,所謂“狹縫”不是一塊金屬板上的兩道縫隙,而是一個(gè)個(gè)孤零零漂浮在真空中的原子。
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別小看這變化,它不是簡單地?fù)Q了個(gè)“材料”,而是在量子物理的地基上打入了一根全新的樁。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的意義,遠(yuǎn)不止于“技術(shù)進(jìn)步”四個(gè)字,而是對人類長達(dá)百年、自以為理解了世界的傲慢認(rèn)知,來了一記漂亮的反諷。
200多年前,托馬斯·楊第一次把光打向兩條縫,發(fā)現(xiàn)光會干涉,會疊加,像水波一樣在屏幕上留下明暗相間的條紋。那時(shí)候的世界還很單純,人們驚嘆:哇,光是波!但事情沒那么簡單。
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一個(gè)世紀(jì)后,量子力學(xué)來了,說光也是粒子。再后來,大家發(fā)現(xiàn),它有時(shí)是波,有時(shí)是粒子,而且你看它,它就變樣。你不看,它就活在薛定諤貓那樣的“半死不活”狀態(tài)里。
量子力學(xué)的這種“人來瘋”行為,震碎了很多人的三觀。尤其是愛因斯坦,他一生都不甘心這個(gè)新物理的“胡鬧”。他不信世界是靠概率運(yùn)行的,他討厭“看了才算數(shù)”的說法。因此便有了名言:“上帝不擲骰子。”
他說得好聽,其實(shí)他氣不過。
1927年,愛因斯坦搞了個(gè)點(diǎn)子,試圖扳回一局。他設(shè)想,如果光子真的像子彈一樣打過狹縫,那它應(yīng)該會給狹縫帶來一丁點(diǎn)“后坐力”,就像你拿手指彈個(gè)乒乓球,球會飛出去,手也會有感覺。
那么,只要我們用超精密的裝置測量這個(gè)力,不就能知道光子從哪條縫過去了嗎?關(guān)鍵是,還能保留那個(gè)美妙的干涉圖案。
這聽起來很聰明,是的,太聰明了,聰明得有點(diǎn)天真。
因?yàn)槟釥査埂げ柣亓怂痪湓挘笠馐牵骸袄匣镉?jì),你這不行。”
玻爾不是攪局,他是來講真話的。他指出,這不是儀器不夠靈敏,也不是技術(shù)不到家,而是根本上就不行。
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你一測,就擾動(dòng)系統(tǒng),干涉圖案就沒了。量子世界不是等著你去“窺探”的,它在你測量的瞬間就變了樣子。
這不是邏輯漏洞,這是它的本性。
于是,這場關(guān)于“測量能不能不影響結(jié)果”的世紀(jì)爭論,就一直拖著,誰也沒法真正說服誰。直到這一天,MIT團(tuán)隊(duì)來了,他們不僅重做了實(shí)驗(yàn),還玩出了個(gè)新高度——他們把原子當(dāng)“狹縫”來用。
注意,是“原子”本身,作為“縫隙”。
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聽起來像黑科技,其實(shí)也真的是。團(tuán)隊(duì)把一堆原子冷卻到接近絕對零度,排列得整整齊齊,像極了太空中凍結(jié)的軍隊(duì)。
在這個(gè)狀態(tài)下,每個(gè)原子都成了一個(gè)量子系統(tǒng),不再是球,而是概率波。你看不清它在哪兒,它“模糊”得很,這種模糊不是眼花,而是根本性的不確定。
然后他們往這個(gè)原子晶格里打入一束激光,讓光子隨機(jī)撞上某個(gè)原子,然后被散射出來,就像你扔個(gè)石子,砸進(jìn)水里激起漣漪。
這種散射成了新的“干涉源”,但厲害的是,這次的“狹縫”會說話——原子根據(jù)自己的位置模糊程度,會多多少少“記住”光子打在自己身上的信息。
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于是,關(guān)鍵來了:
- 如果原子被束縛得很緊,位置清晰,它就像一個(gè)“健忘的門衛(wèi)”,不太記得光子怎么來的,于是干涉圖案能保持得很完整;
- 如果原子被放得很松,位置模糊,它就像一個(gè)八卦的鄰居,把光子的一舉一動(dòng)都記下來了,于是干涉圖案就消失了。
這是科學(xué)史上最冷靜的一記耳光。
它告訴我們,不管你用不用什么彈簧、杠桿、納米測距儀,只要你獲取了路徑信息,哪怕只是概率上的一點(diǎn)點(diǎn)暗示,干涉條紋就會減弱。量子世界不容窺探,你想知道太多,它就不跟你玩了。
MIT這次實(shí)驗(yàn)甚至連“彈簧”都懶得裝。他們干脆讓原子在真空里漂著,不受任何機(jī)械束縛。
結(jié)果如何?一樣,路徑信息多了,干涉條紋少了。這就像你不碰水面,只在水邊放個(gè)攝像頭,波紋也會亂。
為什么?不是因?yàn)椤澳銊?dòng)它了”,而是因?yàn)?strong>量子糾纏已經(jīng)發(fā)生了
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光子一打中原子,它們之間就建立了聯(lián)系,這種“你中有我、我中有你”的關(guān)系,就是量子力學(xué)最詭異、最核心的東西。不是你動(dòng)它的問題,是你看它,它就不一樣了。
MIT實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人沃爾夫?qū)P特勒說得特別實(shí)在:“愛因斯坦和玻爾當(dāng)年想都想不到,我們有一天能用一個(gè)原子去當(dāng)狹縫,跟一個(gè)光子搞干涉。”這不再是思想實(shí)驗(yàn),是實(shí)打?qū)嵉赜每茖W(xué)把哲學(xué)問題端上桌。
而最有力的結(jié)論,來自第一作者維塔利·費(fèi)多謝耶夫。他干脆地說:“以前大家以為需要用彈簧裝置來實(shí)現(xiàn)精密測量,我們的實(shí)驗(yàn)表明,彈簧一點(diǎn)都不重要,真正關(guān)鍵的是原子的‘模糊度’。”
講人話就是:不是你用什么工具的問題,是量子世界根本不吃你這套。你只要?jiǎng)恿双@取信息的心思,干涉就走人。愛因斯坦想精明地“薅羊毛”,但量子世界不給他這個(gè)機(jī)會。
你越想知道“它從哪來”,它就越不告訴你。
最終,這項(xiàng)研究發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上,為這場跨越近百年的爭論畫下句點(diǎn)。玻爾贏了,但贏得不靠嘴,而靠一個(gè)個(gè)被激光喚醒的原子說話。
當(dāng)然,科學(xué)從來不是比誰贏。真正的勝利,不是玻爾打敗了愛因斯坦,而是他們的爭論推動(dòng)了量子物理的發(fā)展,是MIT今天能做的實(shí)驗(yàn)站在他們昨天的思想上。
聯(lián)合國把2025年定為“國際量子科學(xué)技術(shù)年”,就是為了紀(jì)念這種不怕爭論、敢于探索的科學(xué)精神。玻爾和愛因斯坦在1927年打嘴仗,我們2025年用原子和光子接著辯,這才是科學(xué)最迷人之處。
當(dāng)原子變成狹縫,當(dāng)人類用光子作筆在現(xiàn)實(shí)的幕布上書寫干涉圖案時(shí),我們終于懂了:
在量子世界里,沒有“事實(shí)”,只有“回答”。
而你問的問題,決定了這個(gè)世界給你的答案。
(參考:More information:Vitaly Fedoseev et al, Coherent and Incoherent Light Scattering by Single-Atom Wave Packets,Physical Review Letters(2025).DOI: 10.1103/zwhd-1k2t. OnarXiv:DOI: 10.48550/arxiv.2410.19671)
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