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上世紀二十年代,在歐洲的物理學會議上,經常能看到兩個老頭在角落里吵架。
一個是愛因斯坦,相對論的創立者,那個留著一頭亂發、吐著舌頭拍照的天才。
另一個是玻爾,量子力學哥本哈根學派的掌門人,丹麥物理學界的扛把子。
這兩個人見面就掐架,而且一掐就是幾十年。
一
1927年,布魯塞爾索爾維會議。
全世界最聰明的腦袋都聚在這里,討論量子力學這個剛剛誕生的怪物。
愛因斯坦坐不住了。
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他看著玻爾那幫人搞出來的量子力學,越看越不對勁。什么波粒二象性,什么不確定性原理,什么互補原理——在愛因斯坦看來,這都是在胡說八道。
物理學怎么能建立在概率和不確定性上?
上帝不會擲骰子!
于是愛因斯坦設計了一個思想實驗,想要一舉擊垮玻爾的理論。
實驗很巧妙:讓粒子先通過一個由彈簧支撐的單縫,測量它的反沖動量,證明它是粒子;然后再通過雙縫,產生干涉條紋,證明它是波。
你看,我既能知道它是粒子,又能看到它是波,你玻爾的互補原理不就破產了?
玻爾聽完,沉默了一會兒。
然后他說:你測量了動量,就測不準位置。測不準位置,干涉條紋就會模糊。你什么也得不到。
愛因斯坦不服。
玻爾也不讓。
這場爭論一直持續到1955年愛因斯坦去世,都沒有結論。
二
為什么沒結論?
因為這個實驗太難做了。
愛因斯坦提出的時候,這只是一個"思想實驗"——也就是只能在腦子里想想,根本做不出來。
要做這個實驗,你需要:
一個極其輕巧的單縫,輕到能感受單個粒子的反沖;
一套精密到極致的測量系統,能同時捕捉動量和干涉條紋;
一個穩定的量子環境,不能有任何干擾。
在1927年,這些條件一個都做不到。
在1955年愛因斯坦去世的時候,還是做不到。
直到2025年。
中國科學技術大學,潘建偉團隊。
三
潘建偉這個名字,關注科技新聞的人應該不陌生。
"墨子號"量子衛星的首席科學家,中國量子科技的領軍人物,兩院院士。
這次他們干了件大事:把愛因斯坦98年前設想的實驗,真的做出來了。
怎么做的?
他們用一個銣原子,充當那個"單縫"。
用光鑷把這個原子牢牢抓住,冷卻到接近絕對零度,讓它安安靜靜地待在那里。
然后讓光子打在這個原子上。
光子一撞,原子就會反沖,這個反沖的動量可以被精確測量。
同時,光子繼續前進,通過后面的雙縫,形成干涉條紋。
關鍵來了。
通過調節光鑷的強度,他們可以控制原子的動量不確定性。
動量不確定性小,干涉條紋就清晰。
動量不確定性大,干涉條紋就模糊。
完美符合玻爾的預測。
你想精確知道粒子的動量?可以,但你就得犧牲位置的確定性,干涉條紋就會糊掉。
你想看清楚的干涉條紋?也可以,但你就得放棄對動量的精確測量。
魚和熊掌,不可兼得。
這就是量子世界的鐵律。
四
這個實驗的技術難度有多大?
單說一點:他們用的那個銣原子,質量只有1.4×10?2?千克。
相當于一個標準乒乓球的幾千億億分之一。
要讓這么輕的東西穩定懸浮,還要精確測量它的動量變化,還要保證光子通過時不被干擾——這在二十年前都是天方夜譚。
而且實驗過程中,激光的頻率漂移會導致原子加熱,影響測量精度。
潘建偉團隊用實時拉曼光譜技術,實時監測原子溫度,實時校準誤差。
這套組合拳打下來,才把這個實驗做成了。
論文發表在《物理評論快報》上——這是物理學界最頂級的期刊之一。
審稿人的評價是:這是對量子力學基本原理的又一次精彩驗證。
五
愛因斯坦輸了嗎?
從結果看,是的。
玻爾是對的,量子世界就是這么詭異,這么反直覺。
但愛因斯坦輸得光榮。
正是因為他的質疑,他的思想實驗,才推動了量子力學一步步走向完善。
科學就是這樣發展的。
一個天才提出理論,另一個天才拼命找漏洞,然后第三個天才用實驗證明誰對誰錯。
這個循環永不停止。
而這次,完成這個循環的,是中國科學家。
從"墨子號"量子衛星,到量子計算機"九章""祖沖之號",再到這次的愛因斯坦-玻爾反沖狹縫實驗——中國的量子科技,已經走到了世界最前沿。
潘建偉團隊說,下一步他們要研究量子糾纏的直接探測,以及量子世界到經典世界的過渡。
這些問題如果解決了,人類對宇宙本質的理解,又會向前邁進一大步。
六
最后說一句。
1927年,愛因斯坦和玻爾在布魯塞爾爭論的時候,中國還在軍閥混戰。
那一年,中國的文盲率超過90%。
98年后,中國科學家用實驗回答了他們的問題。
這才是真正的大國崛起。
不是GDP數字,不是鋼鐵產量,而是我們能站在人類知識的最前沿,為這個世界貢獻新的答案。
愛因斯坦和玻爾的爭論結束了。
但中國科學家的征程,才剛剛開始。
參考
Yu-Chen Zhang et al, Tunable Einstein-Bohr Recoiling-Slit Gedankenexperiment at the Quantum Limit, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/93zb-lws3
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