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近日,中國科學家潘建偉院士團隊的一項量子實驗成果,終結了一場持續近百年的物理學巔峰對決。對決的雙方,是愛因斯坦和玻爾。這場學術界的“神仙打架”因何而起?結局究竟誰輸誰贏?
量子科技在“十五五”規劃建議里排在未來產業之首,但你可能不知道量子的提出和基礎研究其實已有百年之久。愛因斯坦和玻爾的爭論,就要從光量子這種令人費解的“雙重人格”說起。
科學家發現,光就像一位擁有兩副面孔的天才演員。有時,它像水波,當它穿過兩道狹縫,會像水波一樣形成“漣漪”,最終在屏幕上顯現出“斑馬線”一樣明暗相間的干涉條紋。有的時候,它又像一顆顆彈珠,當光照射在金屬板上,能像打臺球一樣,把金屬里的電子打出來,產生電流。
不過最神奇也最讓人困惑的是,這兩種現象似乎不能同時被捕捉。愛因斯坦和玻爾的爭論,正根植于此。
愛因斯坦堅信,這只是我們的觀測方式太笨拙,一定存在更聰明的方法,能同時揭開光的雙重面具,而玻爾卻提出一個更顛覆的觀念:這不是觀測的缺陷,而是微觀世界的終極法則——不可能同時獲得光子的路徑和保留干涉條紋!
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中國科學技術大學潘建偉院士團隊,基于愛因斯坦的設想,設計了一個無比精妙的實驗:用一個原子來充當“狹縫”。因為原子足夠輕盈,當光子撞擊這個原子時,科學家可通過原子的振動方向精準測算出光子的運動軌跡,這樣就可以完美復現愛因斯坦百年前的思想實驗,來看看在遠處的屏幕上還會不會留下明暗相間的干涉條紋。
如同玻爾所預言的那樣,當科學家成功捕捉到光子的運動軌跡時,屏幕上的波紋竟悄然隱去;而當屏幕上的條紋清晰顯現時,原子“狹縫”的振動數據卻變得模糊不清,再也無法還原出單個光子的路徑。或許,愛因斯坦所尋找的那種“兩全其美”的觀測方式,在自然的根本法則中并不存在。
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△單光子單原子量子干涉儀實現愛因斯坦思想實驗
從這個實驗來看,貌似愛因斯坦輸了,然而這場跨越百年的爭論,真正的價值遠不止于勝負。愛因斯坦的深刻質疑與玻爾的革命性構想,共同為人類打開了一扇認知微觀世界的大門。
如今,我們得以利用微觀粒子的“雙重身份”,建造計算能力顛覆想象的量子計算機,利用量子糾纏的“魔法”,打造安全的量子通信網絡。百年前“光的謎題”,正指引我們走向一個算力超群、通信無憂、感知極致的量子未來。
原標題:《愛因斯坦與玻爾的“世紀之辯”,被中國科學家終結!》
欄目主編:施薇 文字編輯:程沛 題圖來源:上觀題圖
來源:作者:央視新聞
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