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91年前的索爾維會議上，玻爾的波粒二象性理論擊敗了德布羅意的導波理論，贏得了大多數數學家的認可。 但最近，一項油滴實驗迫使學術界重新思考這一爭議。
來源
編譯賈曉軒明曉
審稿人 明瀟湘 飛飛 唐朝
齊伊銀 編輯
2005年，倫敦的一名中學生偶然做了一個“彈跳油滴實驗”（-），發現了一個可能顛覆玻爾量子熱理論的現象：當一個微小的油滴落在振動的油浴表面時，它會在浴缸表面上下彈跳，并具有穿越障礙物等行為，再現量子現象，毫無神秘色彩！
由流體化學家 Yves 領導的中學生實驗室描述了 Coudé 所描述的“油滴在油上滑動”，他們發現彈跳的油滴在油表面的中心周圍彈跳。 旋轉時，它只沿著單獨的“量子化”軌道移動，有時會彈到另一個量子軌道，這與原子核中電子的運動非常相似。
庫代突然意識到，他們可能已經實現了一個長期被遺忘的量子愿景。 這個想法是由德國化學家路易斯·德布羅意（）提出的，它與尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）所倡導的量子熱標準“哥本哈根演繹”（）有著完全不同的量子解釋。
玻爾與德布羅意之爭
一個世紀前，第一個粒子實驗取得了令人難以置信的結果。 德國化學家玻爾提出了量子熱的標準“哥本哈根演繹”，打破傳統量子物理學中最有名的人物，聲稱一切在量子尺度上觀察之前都是“不真實的”。 粒子的位置不再是“確定的”，而是在檢測之前是隨機的，由概率波函數（波）確定。 在檢測的瞬間：波函數塌縮成一個點，粒子飛過這個點，在那里它的位置真正變得“真實”。
當時大多數化學家在玻爾的說服下接受了這個令人難以置信的概率宇宙：自然是不可預測的，世界上的一切都具有驚人的波粒二象性（波-）。
但阿爾伯特·愛因斯坦（ ）和德布羅意提出了反對意見。 愛因斯坦說：“上帝不擲骰子”； 世界是那樣“真實”的，光子、電子等一切物質的粒子性和波動性都一目了然。 他還提出了“導波”理論，即每個粒子都有確定性（非隨機）的軌跡或空間位置，由真實波函數（導波）引導——而 實驗中促進回調的波是相似的。
1929年美國化學家德布羅意。圖片來源：
1927年的索爾維會議（著名的國際數學物理研究會）上，許多杰出的化學家齊聚一堂，解釋量子熱的意義。 參加會議的沃爾夫岡·泡利（Pauli）在會議上指出，導航波理論未能正確處理非彈性散射（ ）。 德布羅意未能給出導波背后的數學本質，最終是玻爾的革命性理論獲勝。
78年后量子物理學中最有名的人物，導波理論幾乎被世人遺忘，突然間，庫德等人在倫敦發現的油滴彈跳現象，變成了德布羅意推測的“模擬系統”。
“彈跳油滴”與“雙縫干涉”
局勢再次逆轉。 自2015年以來，世界各地的研究人員進行了一系列油滴彈跳的“雙縫實驗”（-slit），結果表明庫德對類量子現象的驚人演示是錯誤的，令一些化學家感到震驚。 夢。 有趣的是，推翻德布羅意理論的人不是別人，正是尼爾斯·玻爾的兒子托馬斯·玻爾（Tomas Bohr）。
流體化學家托馬斯·玻爾和他的祖母尼爾斯·玻爾（量子化學的著名先驅）的照片。 圖片來源：
“當時我非常想知道我們是否能夠得到一個明確的量子熱理論。” 考慮到他的家族史，他補充道：“也許出于責任感，我認為我有義務見證最后的結果。”
在雙縫實驗中，指向兩個狹縫的粒子穿過狹縫并被檢測屏幕檢測到。 單個粒子在檢測屏幕上的位置是隨機的，但如果有足夠多的粒子射向雙縫，就可以觀察到干涉白。 干涉白的出現表明了粒子的波動性。 波會同時穿過兩個狹縫，形成的兩個波陣面會凝聚并相互干涉產生白色。 在探測畫面上，這些魔法概率波會在峰值處實體化，成為粒子實體。 但如果用另一個探測器來檢測顆粒穿過哪條狹縫，干涉白就會消失：顆粒會直接穿過某條狹縫，檢測屏幕上只會產生兩條白線。 。 就好像概率波（波函數）已經崩潰了。 玻爾的理論很好地解釋了這個著名的實驗。
化學家理查德·費曼（ ）表示，雙縫實驗“蘊含了量子熱的本質，隱藏了量子熱的終極定律”。
德布羅意認為雙縫實驗不需要用具體的波函數塌縮來解釋。 相反，他認為粒子騎在真正的導波上。 雖然導頻波同時通過兩個狹縫，但粒子就像一個漂流瓶。 這樣，導頻波只穿過其中之一，然后出現在導頻波的波陣面相長干涉的地方。 但他從未真正推導出支持導波理論的動力學多項式。
彈跳油滴實驗出現后，庫迪和伊曼紐爾·福特（Fort）很快開展了雙縫實驗。 在記錄了75個彈跳油滴通過雙縫的軌跡后，他們聲稱在下落的油滴點處觀察到類似于干涉的白色，這顯然只能來自導波。 被認為“無法用任何經典理論解釋”的雙縫干涉，這次顯然發生在你??的眼皮底下。 他們的驚人成果發表在2006年的《物理評論快報》（ ）上。
麻省理工學院 (MIT) 的流體動力學家約翰·布什 (John Bush) 團隊對潛在的量子定律著迷，繼續尋找原因。 彈跳油滴的雙縫實驗也進行了，還有法國理工學院（of）的 Bohr和Anos （），以及內布拉斯加州研究所（of）的量子化學家 （）團隊。 搭建好實驗裝置，排除氣流的影響，讓油滴隨著導航波穿過雙縫后，三個小組都沒有觀測到庫代等人所說的干涉白。 油滴幾乎是直線穿過雙縫，沒有出現白色。 布什雙縫實驗的精確結果于去年早些時候發表。
和豐田團隊之前的錯誤最終歸咎于噪音、錯誤的方法和不充分的統計數據。
安德斯·阿諾德森 ( ) 是加拿大理工學院的流體動力學家。 圖片來源：
德布羅意理論會被徹底推翻嗎？
“雙縫實驗讓我有點沮喪，”巴斯學院物理科學系主任保羅·米勒夫斯基說。 但Bush和認為，如果油浴表面振動頻率等參數合適，其實加上必要的噪聲，還是有希望獲得導波的干涉白的。
在報告英國團隊雙縫實驗結果的論文中，托馬斯·玻爾提出了一個可以徹底推翻德布羅意導波理論的思想實驗。
他設想在兩條狹縫的中央加一個子架子，粒子必須經過子架子的某一左側才能到達狹縫。 在標準量子熱學中，子架子可以很長，波函數會同時穿過分光板的一側，穿過兩個狹縫形成干涉，因此子架子不會影響實驗結果。 但在德布羅意的設想和彈跳油滴的實驗中，顆粒只能穿過架子的左側，而與穿過左側另一側的導波失去聯系。 一旦導頻波與顆粒或油滴失去接觸，其波前在到達狹縫之前就會消失，不會形成干涉現象。 英國研究人員通過計算機模擬驗證了這一論點。
托馬斯·玻爾的思想實驗。 圖片來源：
但布什說：“我不喜歡那些‘思想’實驗。彈跳油滴實驗的美妙之處在于你實際上可以做到。” 基本問題：在由粒子和導波的局域相互作用驅動的量子現實中，諸如雙縫干涉之類的離域量子現象失去了必要的對稱性。 （編者注：在數學中，定域性原理認為，某個特定的物體只能受到其周圍的力的影響；非定域性有時被稱為不確定性，而在量子熱學中，某個物體在其定義的范圍內的屬性無法在更小的確定范圍內確定的數學量稱為量子非定域性。）
托馬斯·玻爾說：“為了獲得真正的量子熱結果，粒子可能路徑的平衡非常重要”，但由于導波“一側攜帶粒子而另一側不攜帶粒子，所以兩側無法平衡” ，這打破了量子理論。熱力學中非常重要的對稱性。”
選擇這兩種理論中的一種只是偏好問題嗎？
20世紀70年代以來的糾纏光子實驗已經證明量子熱一定是非局域的。 像德布羅意理論這樣的理論涉及粒子與其導波的局域相互作用，很難解釋非局域糾纏現象。
