“神仙打架”被中国科学家终结

“神仙打架”被中国科学家终结

这场“巨人之战”终于落下帷幕。2025年12月3日，中国科技大学潘建伟、卢朝阳和陈明成领导的研究团队在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了他们的研究成果。他们首次成功地在实验中实现了爱因斯坦和玻尔近一个世纪前提出的“反冲狭缝”思想实验。这项研究不仅证实了量子力学的核心原理之一，也标志着我们在理解微观世界的基本规律方面迈出了关键一步。

在实验中，研究团队使用单个铷原子作为“移动狭缝”，光子可以通过该狭缝并产生干涉条纹。通过精确的操控和测量，他们清晰地观察到，随着原子束缚的增强，动量不确定性以及光子的干涉条纹变得更加明显。这一结果直接验证了海森堡不确定性原理和玻尔互补概念的有效性。

在实验中，研究团队使用单个铷原子作为“移动狭缝”，光子可以穿过狭缝并产生干涉图样。这听起来像是物理学中的一场“哲学辩论”，但它实际上关乎我们对现实本身的理解。一个世纪前，爱因斯坦和玻尔在索尔维会议上就以下问题展开辩论：“光是波还是粒子？”以及“我们能否同时确定粒子的路径及其波动性？”——如今，这个问题已经通过实验得到了解答。

这场辩论的核心是两个从根本上改变人类认知的量子概念：海森堡不确定性原理和量子互补性。前者指出，在微观世界中，我们无法同时精确地测量粒子的位置和动量；后者则假定某些物理性质，例如波动性和粒子性，是互斥的，在特定条件下只能出现其中一种。

爱因斯坦坚信宇宙的决定论。他设计了一个巧妙的“反冲狭缝实验”：如果一个光子穿过一个移动的狭缝，留下反冲轨迹，那么就可以通过测量这个反冲来确定光子的路径，而不会影响干涉条纹的形成。这样，波粒二象性似乎就能同时存在，从而克服互补极限。

玻尔反驳说，测量狭缝反冲需要知道光子的动量变化，而根据不确定性原理，这必然会导致狭缝位置的高度不确定性。一旦狭缝变得“模糊”，路径信息就失去了可靠性，干涉条纹也会消失。换句话说，人们永远无法同时获得路径信息和干涉信息——不是因为技术不够先进，而是因为自然界本身不允许这样做。

这个思想实验在理论上被广泛接受，但由于其技术难度极高，一个多世纪以来都未能实现。关键在于将原子冷却至接近稳态，使其动量不确定性降至单光子反冲的量级，从而探测到这种极其微弱的扰动。

中国科学技术大学的研究团队成功突破了这一难题。他们利用一种类似于光镊的技术——类似于隐形激光手指拾取一粒尘埃——将单个铷原子固定在空间中。然后，他们利用拉曼边带冷却技术将原子温度降至接近绝对零度，使其在三个维度上都处于量子基态。在这种状态下，原子的热运动几乎为零，使其成为一种高灵敏度的量子探测器。

最后，为了确保光子干涉信号的稳定可见性，他们采用了一种主动反馈锁相环。该系统类似于高精度图像稳定相机，可以实时监测和校正纳米级的光路抖动——这相当于在细如一万根头发丝的距离上保持稳定性，确保干涉条纹清晰可见。