中国科大实验首次实现爱因斯坦-玻尔量子争论检验

中国科学技术大学研究团队近日宣布，成功实现了1927年爱因斯坦与玻尔在量子力学基础问题上争论所涉及的“反冲狭缝”思想实验。这是该类实验构想首次在现实中得以完整实现。

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实验中，研究人员观测到原子动量可调谐条件下的干涉对比度连续演化过程，清晰展示了量子系统中波动性与粒子性之间的动态平衡，验证了海森堡不确定性原理框架下的互补性原理，并揭示了从典型量子行为向经典物理行为渐进过渡的完整图景。相关研究成果已于2025年12月3日以编辑推荐形式发表于国际权威学术期刊物理评论快报。

这一思想实验最初源于1927年索尔维会议期间爱因斯坦为探讨量子理论完备性而提出。当时他设想：若一个光子穿过一个可移动的狭缝，其通过时会对狭缝产生微小的反冲动量。倘若能够精确测量这一反冲，即可获取光子路径信息（体现粒子性），同时又能在探测屏上观察到干涉条纹（体现波动性），则意味着波粒二象性可以被同时观测，从而动摇互补性原理的基础。

对此，玻尔回应指出，任何对狭缝反冲的测量都会不可避免地引入额外动量扰动，破坏系统的相干性，导致干涉图样消失。因此，在同一实验中无法同时获得完整的波动性和粒子性信息。这场辩论触及量子力学核心，成为二十世纪物理学最具哲学深度的争议之一。

长期以来，由于单光子传递给宏观狭缝的反冲动量极其微弱，远低于常规机械结构的动量涨落水平，该实验一直停留在理论层面，难以付诸实践。此次中国科大团队创新性地采用光镊技术捕获单个镱原子作为“人工狭缝”，并结合拉曼边带冷却方法将原子冷却至三维运动基态，使其动量不确定度压缩至接近单光子反冲量级，从而满足实验所需的极高灵敏度条件。

实验结果显示，随着光镊势阱深度的增加，原子在空间上的局域化程度增强，依据海森堡不确定性原理，其动量分布随之展宽。当光子通过并与原子发生相互作用后，原子末态动量波函数的重叠区域增大，使得光子与原子之间的量子纠缠减弱，进而提升光子干涉条纹的可见度。

该成果并未否定爱因斯坦原始构想的理论价值，而是依托现代量子调控技术，首次实现了对这一经典思想实验的完整物理实现。实验结果支持玻尔关于互补性原理的论断，以实证方式回应了近百年来的理论争辩，进一步确认了量子力学基本原理在极端条件下的普适有效性。