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12月3日,量子圈的一则重磅消息刷爆了朋友圈——中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳两人带领的研究团队,把著名科学家爱因斯坦和玻尔在98年前的一场“神仙吵架”给彻底终结了!
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当天,国际顶刊《物理评论快报》以编辑推荐的形式发表了两人的成果,美国物理学会还特意用“单原子的爱因斯坦狭缝”为题做了专题报道。
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而让东阳人自豪的是,这两位量子领域的科学家,都是地地道道的东阳人!
先搞懂:98年前的“世纪之辩”到底吵了啥?
要理解这次突破有多牛,得先回到1927年的第五届索尔维会议——那是物理学史上最星光璀璨的聚会,爱因斯坦、玻尔、居里夫人等29位顶尖科学家齐聚一堂,而量子力学的“灵魂拷问”就在这里爆发了。
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争论的核心是“光到底是波还是粒子”。
咱初中都学过,光既能像水波一样产生干涉条纹(波动性),又能像小球一样撞击产生光电效应(粒子性),这就是“波粒二象性”。
换句话说,光既不是纯粹的粒子,也不是纯粹的波,而是一种具有双重性质的量子实体,这种“波粒二象性”也是量子力学中的基本概念。
这也是让物理学家们头疼的地方啊。
喜欢较劲的爱因斯坦和玻尔就在这件事情上杠上了。
玻尔提出了“互补性原理”,简单说就是“鱼和熊掌不可兼得”:你要观测光的波动性(看干涉条纹),就没法同时知道它的粒子路径;要测粒子路径,波动性就会消失,两者只能二选一。
为了反驳这个观点,爱因斯坦当场设计了一个“反冲狭缝”思想实验:让单光子通过一个可移动的狭缝,按他的想法,光子会给狭缝一个微弱反冲,通过测试这个反冲就能知道光子路径(粒子性),同时只要狭缝够精确,干涉条纹(波动性)还能保留——这就意味着能同时掌握波和粒子的完整信息。
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这场争论成了量子力学最深刻的悖论之一。
近百年来,无数科学家想做做这个实验来验证两人的对错,可都败在了一个关键点上:单光子给狭缝的反冲动量实在太微弱了,只有10的-27次方(0.000…001,小数点后有 27 个 0)千克·米/秒,比宏观物体的动量不确定度小太多,根本测不出来。
这个只存在于理论中的实验,就成了悬在量子力学头顶的“达摩克利斯之剑”。

突破!潘建伟和陆朝阳用“单原子狭缝”实现百年设想
近百年后,潘建伟和陆朝阳两人终于把爱因斯坦的思想实验从“纸上”搬到了实验室。
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他们的核心妙招,是用一个被“光镊”囚禁的单原子,做成了那个传说中的“可移动狭缝”。
别小看这个“单原子狭缝”,它的制备难度可比让大象“在针尖上跳舞”难的多了:研究团队用拉曼边带冷却技术(一种利用激光技术降低原子温度的方法),把单个铷原子降温到接近绝对零度的量子基态,让它的动量不确定度降到和单光子动量一个级别——这就相当于给原子装上了“超高精度传感器”,终于能捕捉到那微弱的反冲信号了(微弱程度还记得前面的小数据点后27个0吗)。
实验结果完美解答了百年前的争论:随着光镊对原子的束缚力增强,原子的空间位置更精确,干涉条纹的对比度就越高,但此时原子的动量不确定度变大,反而测不准光子路径;反之,动量测得越准,干涉条纹就越模糊。
这直接证明了玻尔的互补性原理在海森堡极限(量子计量学中的一个重要概念,指的是测量精度的基本限制)下依然成立,同时还观测到了从量子态到经典态的连续转变过程。
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这是对量子力学基础的重大贡献,也是对一个百年思想实验的教科书式实现。
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更重要的是,实验中发展的高精度单原子操控、单原子-单光子纠缠等技术,为未来大规模量子计算、量子纠错等前沿研究铺了路。
骄傲!从东阳中学走出的“量子双星”
这场让世界瞩目的突破,背后是两位东阳科学家的深耕细作。
很多人不知道,潘建伟和陆朝阳不仅仅是东阳人,而且他们的求学之路都是从浙江东阳中学开始的。
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潘建伟出生于东阳马宅镇,高中时就在东阳中学展现出过人的物理天赋。
他曾回忆,正是高中时期对物理的浓厚兴趣,让他坚定了投身科研的决心。后来他考入中科大物理系,一步步成为“中国量子之父”,带领团队实现了量子通信、量子计算的多次突破。
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陆朝阳,1982年出生于东阳画水镇陆秀村巉头自然村,是更年轻的“量子新星”,被老外称为“量子鬼才”。1997年,陆朝阳从画水镇中考入东阳中学,在实验班担任班长期间,就是老师眼中“最会钻物理题的学生”。2000年,他循着潘建伟的脚步考入中科大物理系,如今已是中科大讲席教授,和潘建伟一起并肩扛起了中国量子研究的大旗。
两位从“教育之乡”走出去的科学家用几十年的坚守证明:东阳这片沃土,总能孕育出追逐星光的人。
正如陆朝阳曾说的:“东阳人’勤耕苦读’的基因,让我在科研路上从不怕难。”