十億分之一的概率！科學(xué)家證實(shí)：量子世界也要遵守基本守恒定律！

在我們這個(gè)啥都開(kāi)始擺爛的時(shí)代，萬(wàn)物皆可內(nèi)耗，人類(lèi)早已學(xué)會(huì)“規(guī)則是拿來(lái)打破的”。可偏偏有些東西，它打不破，它也懶得理你。

可在這片混沌的喧囂之外，還有一群倔強(qiáng)的“鐵頭娃”，他們?cè)诟梢患貏e反潮流的事：驗(yàn)證規(guī)則還靈不靈。

不是金融規(guī)則，不是社會(huì)規(guī)范，而是宇宙運(yùn)作的最根本那一套。比如角動(dòng)量守恒定律，這個(gè)聽(tīng)起來(lái)像高中物理里的老臘肉，居然還能玩出花樣？

一顆光子裂變成兩顆光子，還能守規(guī)矩？你別笑，這事還真讓科學(xué)家玩成了。

根據(jù)《Physical Review Letters》的消息，由芬蘭坦佩雷大學(xué)牽頭，聯(lián)合德國(guó)和印度研究者，搞了個(gè)極限操作：用一顆單獨(dú)的光子來(lái)做實(shí)驗(yàn)，看它在裂變成一對(duì)新光子的過(guò)程中，是否依然遵守角動(dòng)量守恒。

更神的是，他們成功了。

光子裂變，還能守住旋轉(zhuǎn)的“賬本”？

在講這個(gè)成果之前，先問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：

宇宙為什么不會(huì)炸？

不是說(shuō)核彈那種爆炸，而是整個(gè)宇宙的秩序?yàn)槭裁床粫?huì)自己崩。天體在運(yùn)轉(zhuǎn)，行星在繞，分子不會(huì)胡跑，電子不會(huì)亂躥。核心答案只有一個(gè)詞：守恒定律

能量守恒、動(dòng)量守恒、角動(dòng)量守恒，這三大法則是整個(gè)宇宙維持秩序的“后臺(tái)協(xié)議”。你要是想突破它，得先突破整個(gè)物理世界。

問(wèn)題是，我們對(duì)這些定律的理解，大多來(lái)自宏觀系統(tǒng)——就像打臺(tái)球、飛行器、陀螺儀、旋轉(zhuǎn)滑冰女王。這些都是幾十億億個(gè)粒子集體參與的大系統(tǒng)。

可如果把鏡頭拉近，聚焦到量子世界，一顆粒子、一個(gè)光子能不能照樣遵守“地球律法”？或者說(shuō)，這些定律在最微觀層面，還成立嗎？

這不是抬杠，而是真問(wèn)題。

因?yàn)榱孔邮澜绫緛?lái)就不講理：粒子能一會(huì)兒是波、一會(huì)兒是點(diǎn)；能一邊存在、一邊不存在；還能瞬間“傳心電感應(yīng)”到宇宙另一頭。

那角動(dòng)量守恒這種“老派硬核”，在量子粒子單獨(dú)裂變的那一刻，還能站得住腳？

芬蘭人說(shuō)，我們來(lái)試試。

什么是光子的“旋轉(zhuǎn)”？你以為它只會(huì)發(fā)光？

光子是啥？

是電磁波的最小單位，是你手電筒里跑出來(lái)的粒子，是太陽(yáng)光照進(jìn)你眼睛的主角，是信息、能量和宇宙秩序的信使。

你可能覺(jué)得它只會(huì)“亮”，頂多加個(gè)“偏振”，也就那回事。但實(shí)際上，光子還可以擁有軌道角動(dòng)量，也就是說(shuō)，它可以“轉(zhuǎn)”。

別搞混了，這不是說(shuō)光子像球那樣自己轉(zhuǎn)，而是它的電磁波前沿會(huì)呈現(xiàn)一種螺旋形態(tài)。類(lèi)似一個(gè)旋轉(zhuǎn)的冰激凌，或一個(gè)開(kāi)瓶器。這個(gè)特性早在1992年就被科學(xué)家觀測(cè)到了，并賦予了一個(gè)高冷的名詞：光子的軌道角動(dòng)量（Orbital Angular Momentum, OAM）

關(guān)鍵是，這種OAM是“量子化”的。什么意思？

就是說(shuō)光子的“旋轉(zhuǎn)值”不是你想要幾度就幾度，而是只能是固定的整數(shù)倍：比如+1、-1、0等等。每一個(gè)數(shù)值都代表一個(gè)獨(dú)立的量子態(tài)。

而且它不僅存在，還能被用來(lái)干正事，比如光通信、加密傳輸、光子計(jì)算、粒子識(shí)別。

那我們的問(wèn)題就來(lái)了：如果你把一個(gè)具有特定OAM的光子“劈成”兩個(gè)光子，那這兩個(gè)后代的OAM加起來(lái)，是不是還得和“爸爸”一樣？

就像爸爸有100塊錢(qián)，分給兩個(gè)兒子，加起來(lái)還是100，不能無(wú)中生有，也不能平白消失。

“一分為二”，這事以前還真沒(méi)這么玩過(guò)

說(shuō)實(shí)話，光子裂變這個(gè)事，早有人干過(guò)。利用非線性晶體，激光打進(jìn)去，一個(gè)高能光子裂變成兩個(gè)低能光子，這種過(guò)程叫自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC），已經(jīng)爛熟于各類(lèi)光學(xué)實(shí)驗(yàn)。

但重點(diǎn)在于：以前都用的是激光，一堆一堆的光子，一起上。

而這次實(shí)驗(yàn)不一樣，人家用的是一顆光子。一顆。孤獨(dú)地發(fā)射出去，孤獨(dú)地撞進(jìn)晶體，然后孤獨(dú)地裂成兩顆。沒(méi)有隊(duì)友，沒(méi)有后援，不靠“平均數(shù)”來(lái)湊數(shù)據(jù)。

而實(shí)驗(yàn)要求是：必須抓到這個(gè)過(guò)程中的每一顆“后代光子”，并且分別測(cè)量它們的OAM，然后算加法，看是不是正好等于原來(lái)那顆光子的OAM值。

這就不是科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這是煉金術(shù)+摸金校尉+開(kāi)盲盒+買(mǎi)彩票+火箭升空合體級(jí)別的操作。

因?yàn)槟愀静恢滥囊活w光子會(huì)成功裂變，也不知道它倆去哪了，你只能一次次試、一次次測(cè)，像在沙漠里撿黃金。

十億分之一的成功率，他們竟然真撿到了

按照實(shí)驗(yàn)的物理模型，這種單光子裂變成功率是十億分之一

換句話說(shuō)，你得扔出10億顆光子，才可能有一顆成功分裂，而且這還得是在你探測(cè)器范圍內(nèi)、符合參數(shù)、沒(méi)有雜音的完美狀態(tài)。

所以，研究團(tuán)隊(duì)真的干了一件近乎病態(tài)的事：

• 造了一套精度近乎苛刻的光學(xué)平臺(tái)，溫度、震動(dòng)、空氣擾動(dòng)全都隔絕；
• 全程低噪運(yùn)行，背景信號(hào)壓到極限；
• 利用全球效率最高的單光子探測(cè)器，每一次觸發(fā)都仔細(xì)篩查；
• 持續(xù)運(yùn)行若干周，海量數(shù)據(jù)篩選，全靠“實(shí)驗(yàn)員不崩潰”的意志力維持。

最終，他們抓到了足夠多的裂變光子對(duì)，并完成了測(cè)量。

結(jié)果很硬：OAM守恒，成立。

換句話說(shuō)，即使是一顆光子，在完全量子化的裂變過(guò)程中，也老老實(shí)實(shí)地交賬了：+1和-1湊成0，+2和-2湊成0，沒(méi)有偏差，沒(méi)有作假，沒(méi)有溜號(hào)。

你在社會(huì)上看多了權(quán)貴賴(lài)賬，看看這小小光子，是不是突然對(duì)宇宙又充滿信心了？

不止守恒，他們還發(fā)現(xiàn)了“量子情愫”

更炸裂的是，在這些裂變光子對(duì)中，研究者還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)驚喜：量子糾纏的跡象

就是說(shuō)，原本只想測(cè)OAM，結(jié)果一不小心打開(kāi)了“心電感應(yīng)”的門(mén)。

糾纏是什么？是你動(dòng)一下北京的光子，上海的光子就“心有靈犀”；是你測(cè)了一個(gè)粒子的偏振，另一個(gè)粒子就馬上“補(bǔ)上缺口”，哪怕它們間隔幾個(gè)銀河。

這玩意在量子通信、量子加密、量子計(jì)算中簡(jiǎn)直就是“武林秘籍”。

而這次，科學(xué)家用最極簡(jiǎn)的方式“劈光子”，居然“順便”造出了糾纏態(tài)，這不是撿到針了，是直接從干草堆里挖出一整根金條。

接下來(lái)干啥？不再找針，要建工廠

這群“物理瘋子”下一步目標(biāo)已經(jīng)明確：不再手工撿光子，而是搞出一套系統(tǒng)性制造高糾纏、高維OAM的光子對(duì)的工業(yè)體系

說(shuō)白了，就是把目前這個(gè)“實(shí)驗(yàn)奇跡”，變成“技術(shù)儲(chǔ)備”。

用他們的話說(shuō)：

“我們不是為寫(xiě)論文，而是為未來(lái)的量子網(wǎng)絡(luò)打地基。”

你能想象嗎？未來(lái)某一天，量子加密短信、光子電腦、隱形雷達(dá)，背后運(yùn)行的就是這套角動(dòng)量守恒＋光子糾纏的“裂變鏈條”。

當(dāng)你的普通Wi-Fi被黑客爆破時(shí)，別人早用上了不可破解的量子信號(hào)

這，就是科研的力量：不是給今天治病，而是給明天筑城。

寫(xiě)在最后：一顆光子比人類(lèi)還靠譜

你可以失望于人類(lèi)，失望于法律、制度、監(jiān)管，甚至失望于這個(gè)文明的誠(chéng)意。但有一件事你可以確信——自然不會(huì)騙你

哪怕是一顆小小的光子，也會(huì)在“裂變”的瞬間，把角動(dòng)量的賬算得清清楚楚。它不貪、不逃、不賴(lài)賬，甚至比你銀行的KPI還穩(wěn)。

而正是這些“守恒”，才讓這個(gè)宇宙沒(méi)有崩潰，讓我們還能坐在電腦前瞎BB“世界規(guī)則”。

參考資料：

• L. Kopf et al.,Conservation of Angular Momentum on a Single-Photon Level, Physical Review Letters, 2025. DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.203601
• Tampere University 官方新聞稿（2025年6月）