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91年前的索尔维会议上，玻尔的波粒二象性理论击败了德布罗意的导波理论，赢得了大多数数学家的认可。 但最近，一项油滴实验迫使学术界重新思考这一争议。
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编译贾晓轩明晓
审稿人 明潇湘 飞飞 唐朝
齐伊银 编辑
2005年，伦敦的一名中学生偶然做了一个“弹跳油滴实验”（-），发现了一个可能颠覆玻尔量子热理论的现象：当一个微小的油滴落在振动的油浴表面时，它会在浴缸表面上下弹跳，并具有穿越障碍物等行为，再现量子现象，毫无神秘色彩！
由流体化学家 Yves 领导的中学生实验室描述了 Coudé 所描述的“油滴在油上滑动”，他们发现弹跳的油滴在油表面的中心周围弹跳。 旋转时，它只沿着单独的“量子化”轨道移动，有时会弹到另一个量子轨道，这与原子核中电子的运动非常相似。
库代突然意识到，他们可能已经实现了一个长期被遗忘的量子愿景。 这个想法是由德国化学家路易斯·德布罗意（）提出的，它与尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）所倡导的量子热标准“哥本哈根演绎”（）有着完全不同的量子解释。
玻尔与德布罗意之争
一个世纪前，第一个粒子实验取得了令人难以置信的结果。 德国化学家玻尔提出了量子热的标准“哥本哈根演绎”，打破传统量子物理学中最有名的人物，声称一切在量子尺度上观察之前都是“不真实的”。 粒子的位置不再是“确定的”，而是在检测之前是随机的，由概率波函数（波）确定。 在检测的瞬间：波函数塌缩成一个点，粒子飞过这个点，在那里它的位置真正变得“真实”。
当时大多数化学家在玻尔的说服下接受了这个令人难以置信的概率宇宙：自然是不可预测的，世界上的一切都具有惊人的波粒二象性（波-）。
但阿尔伯特·爱因斯坦（ ）和德布罗意提出了反对意见。 爱因斯坦说：“上帝不掷骰子”； 世界是那样“真实”的，光子、电子等一切物质的粒子性和波动性都一目了然。 他还提出了“导波”理论，即每个粒子都有确定性（非随机）的轨迹或空间位置，由真实波函数（导波）引导——而 实验中促进回调的波是相似的。
1929年美国化学家德布罗意。图片来源：
1927年的索尔维会议（著名的国际数学物理研究会）上，许多杰出的化学家齐聚一堂，解释量子热的意义。 参加会议的沃尔夫冈·泡利（Pauli）在会议上指出，导航波理论未能正确处理非弹性散射（ ）。 德布罗意未能给出导波背后的数学本质，最终是玻尔的革命性理论获胜。
78年后量子物理学中最有名的人物，导波理论几乎被世人遗忘，突然间，库德等人在伦敦发现的油滴弹跳现象，变成了德布罗意推测的“模拟系统”。
“弹跳油滴”与“双缝干涉”
局势再次逆转。 自2015年以来，世界各地的研究人员进行了一系列油滴弹跳的“双缝实验”（-slit），结果表明库德对类量子现象的惊人演示是错误的，令一些化学家感到震惊。 梦。 有趣的是，推翻德布罗意理论的人不是别人，正是尼尔斯·玻尔的儿子托马斯·玻尔（Tomas Bohr）。
流体化学家托马斯·玻尔和他的祖母尼尔斯·玻尔（量子化学的著名先驱）的照片。 图片来源：
“当时我非常想知道我们是否能够得到一个明确的量子热理论。” 考虑到他的家族史，他补充道：“也许出于责任感，我认为我有义务见证最后的结果。”
在双缝实验中，指向两个狭缝的粒子穿过狭缝并被检测屏幕检测到。 单个粒子在检测屏幕上的位置是随机的，但如果有足够多的粒子射向双缝，就可以观察到干涉白。 干涉白的出现表明了粒子的波动性。 波会同时穿过两个狭缝，形成的两个波阵面会凝聚并相互干涉产生白色。 在探测画面上，这些魔法概率波会在峰值处实体化，成为粒子实体。 但如果用另一个探测器来检测颗粒穿过哪条狭缝，干涉白就会消失：颗粒会直接穿过某条狭缝，检测屏幕上只会产生两条白线。 。 就好像概率波（波函数）已经崩溃了。 玻尔的理论很好地解释了这个著名的实验。
化学家理查德·费曼（ ）表示，双缝实验“蕴含了量子热的本质，隐藏了量子热的终极定律”。
德布罗意认为双缝实验不需要用具体的波函数塌缩来解释。 相反，他认为粒子骑在真正的导波上。 虽然导频波同时通过两个狭缝，但粒子就像一个漂流瓶。 这样，导频波只穿过其中之一，然后出现在导频波的波阵面相长干涉的地方。 但他从未真正推导出支持导波理论的动力学多项式。
弹跳油滴实验出现后，库迪和伊曼纽尔·福特（Fort）很快开展了双缝实验。 在记录了75个弹跳油滴通过双缝的轨迹后，他们声称在下落的油滴点处观察到类似于干涉的白色，这显然只能来自导波。 被认为“无法用任何经典理论解释”的双缝干涉，这次显然发生在你的眼皮底下。 他们的惊人成果发表在2006年的《物理评论快报》（ ）上。
麻省理工学院 (MIT) 的流体动力学家约翰·布什 (John Bush) 团队对潜在的量子定律着迷，继续寻找原因。 弹跳油滴的双缝实验也进行了，还有法国理工学院（of）的 Bohr和Anos （），以及内布拉斯加州研究所（of）的量子化学家 （）团队。 搭建好实验装置，排除气流的影响，让油滴随着导航波穿过双缝后，三个小组都没有观测到库代等人所说的干涉白。 油滴几乎是直线穿过双缝，没有出现白色。 布什双缝实验的精确结果于去年早些时候发表。
和丰田团队之前的错误最终归咎于噪音、错误的方法和不充分的统计数据。
安德斯·阿诺德森 ( ) 是加拿大理工学院的流体动力学家。 图片来源：
德布罗意理论会被彻底推翻吗？
“双缝实验让我有点沮丧，”巴斯学院物理科学系主任保罗·米勒夫斯基说。 但Bush和认为，如果油浴表面振动频率等参数合适，其实加上必要的噪声，还是有希望获得导波的干涉白的。
在报告英国团队双缝实验结果的论文中，托马斯·玻尔提出了一个可以彻底推翻德布罗意导波理论的思想实验。
他设想在两条狭缝的中央加一个子架子，粒子必须经过子架子的某一左侧才能到达狭缝。 在标准量子热学中，子架子可以很长，波函数会同时穿过分光板的一侧，穿过两个狭缝形成干涉，因此子架子不会影响实验结果。 但在德布罗意的设想和弹跳油滴的实验中，颗粒只能穿过架子的左侧，而与穿过左侧另一侧的导波失去联系。 一旦导频波与颗粒或油滴失去接触，其波前在到达狭缝之前就会消失，不会形成干涉现象。 英国研究人员通过计算机模拟验证了这一论点。
托马斯·玻尔的思想实验。 图片来源：
但布什说：“我不喜欢那些‘思想’实验。弹跳油滴实验的美妙之处在于你实际上可以做到。” 基本问题：在由粒子和导波的局域相互作用驱动的量子现实中，诸如双缝干涉之类的离域量子现象失去了必要的对称性。 （编者注：在数学中，定域性原理认为，某个特定的物体只能受到其周围的力的影响；非定域性有时被称为不确定性，而在量子热学中，某个物体在其定义的范围内的属性无法在更小的确定范围内确定的数学量称为量子非定域性。）
托马斯·玻尔说：“为了获得真正的量子热结果，粒子可能路径的平衡非常重要”，但由于导波“一侧携带粒子而另一侧不携带粒子，所以两侧无法平衡” ，这打破了量子理论。热力学中非常重要的对称性。”
选择这两种理论中的一种只是偏好问题吗？
20世纪70年代以来的纠缠光子实验已经证明量子热一定是非局域的。 像德布罗意理论这样的理论涉及粒子与其导波的局域相互作用，很难解释非局域纠缠现象。
