MIT实验验证量子互补性原理，终结爱因斯坦与玻尔世纪争论

韩盧

近日，美国麻省理工学院的一组物理学家完成了一项具有里程碑意义的量子力学实验，最终解答了物理学界持续近一个世纪的争论，证明了爱因斯坦在该问题上的观点并不成立。研究人员通过高度精确的实验手段，重现并验证了量子物理中关于光波与粒子二象性的基本原理。
实验的核心是理想化的“双缝实验”，这一实验在量子力学中具有代表性意义。研究表明，光子同时具备波动性和粒子性，但这两类特性无法在同一个实验中被同时观测到。这一结论与量子物理中的互补性原理高度一致。
早在1927年，爱因斯坦曾提出一个思想实验，认为光子在通过双缝时仅穿过其中一个狭缝，并对狭缝施加微小的作用力。他推测，如果能同时探测光子通过狭缝的路径及其干涉图样，就能同时捕捉光的粒子性与波动性。然而，尼尔斯·玻尔当时便运用量子不确定性原理指出，对路径的探测将不可避免地破坏干涉图样，因此这一设想无法实现。
MIT的研究团队由沃尔夫冈·克特勒教授领衔，他们并未采用传统方式中的物理屏幕和狭缝，而是使用激光束将一万余个超冷原子排列成晶格结构，每个原子都作为独立的狭缝。通过让微弱光束穿过这些原子，研究团队得以高精度地测量光子在波动与粒子行为之间的关系。
实验结果表明，路径信息获取得越多，干涉图样就越模糊。这项发现清晰地支持了玻尔的量子理论，否定了爱因斯坦的设想。
克特勒教授表示，他们的工作是将一个原本属于思想层面的实验变为现实。他指出，爱因斯坦与玻尔或许从未设想，如今可以在单个原子和光子的尺度上开展此类实验。
值得一提的是，这一研究成果的发布正值全球范围内纪念量子科学百年发展之际。联合国已将2025年定为国际量子科学与技术年，以回顾与展望量子理论对科技发展产生的深远影响。