决定量子命运的实验

一个世纪前德布罗意拒绝放弃对现实的古典理解，尽管第一次粒子实验向大多数物理学家表明，在量子尺度上，现实并不像看上去的那样。

德布罗意坚称量子尺度上的一切都完全符合经典现实，他设计了量子方面的实验，将波和粒子方面的光、电子视为完全有形的个体。先“导波”理论设想粒子总有确定位置，通过真实的先导波引导进入空间。德布罗意无法确定导波的物理性质，于是努力将描述扩展到多个粒子。

2005年巴黎流体物理学家伊夫·库德实验室的一名学生偶然发现，当微小油滴落在振动的油浴表面时，油滴会发生反弹。当液滴反弹时，开始在液体表面蹦蹦跳跳。库德很快发现这些水滴“在自己的波浪上冲浪”，用他的话来说，它们弹跳时会踢起波浪，然后被波浪倾斜的轮廓推动。当库德看着飞溅的油滴时，他意识到这恰恰符合了法国物理学家路易斯·德布罗意设计的量子世界的早期景象。

说明滴落在水面上的水滴粒子与水面碰撞后会发生反弹激起水波，然后被水波倾斜的轮廓推动前行。

78年后德布罗意对量子世界的第一波设想几乎不为人所知，当时巴黎的油滴开始反弹。突然库德和他的同事们设计出“模拟系统”，可以实验性地探索德布罗意的想法。

他们发现液滴表现出了令人惊讶的量子性质，例如它们只是沿着特定的“量子化”轨道绕着液体槽中心移动，有时会像原子中的电子那样在轨道之间随意跳跃。麻省理工学院和其他地方很快涌现出弹跳液滴实验室，人们看到液滴穿过障碍物，进行独一无二的量子行为。在不带任何神秘色彩的情况下再现量子现象的过程中，弹着点实验重新点燃了一些物理学家对德布罗意梦想的研究，即量子尺度上的现实由导波和粒子组成，而不是由概率波和谜题组成。

，自2015年以后一系列的弹跳油滴发现粉碎了这个梦想。

被称为“双缝实验”的重复运行与库德最初结果相矛盾，并揭示了双缝实验是弹跳液滴类比和量子力学的导波断裂点。

实验中，粒子被射向阻挡层中的两个缝隙，通过缝隙击中远处另一边的传感器（屏幕）。任何一个粒子的最终位置让人惊讶（粒子位置很分散），但如果把许多粒子射向裂缝，就会看到条纹在它们被探测到的位置出现（发生干涉的位置），表明它们能去的地方和不能去的地方十分明显。条状图案表明，每个粒子实际上都是一个波，当遇到被撕裂的阻挡层，并通过两个狭缝，产生两个会聚和干扰的波阵面，在某些地方形成波峰，在两者之间相互抵消，每个粒子都会在这个奇怪的概率波波峰位置出现在传感器中。当添加第二个传感器并检测每个粒子通过的是哪个缝隙时，干涉条纹就消失了，这一次粒子直接通过它们选择的缝隙到达远端传感器上的点。

双缝干涉，被认为无法用任何经典方式解释。为了解释双缝实验，哥本哈根科学家指出量子的不确定性，他认为每个粒子的轨迹都无法精确了解，只能通过波函数概率来定义。在穿过这两条缝隙并干扰另一边之后，代表粒子可能位置的波函数就会被传感器“折叠”，传感器会从各种可能性中选择一个单一现实。他设想了一个真正的粒子漂浮在导波上。粒子像浮木一样穿过双缝屏幕上的一个缝或另一个缝，就像导波穿过这两个缝一样。另一方面，粒子会到达导波的两个波阵面相互干扰的地方，而不会到达它们相互抵消的地方。

在德布罗意的描述以及在弹射液滴实验中，整个过程的驱动力——粒子只能向一个方向运动。没有粒子或液滴的支持，波阵面在到达狭缝之前就消散了，而且没有生成干涉图样，丹麦研究人员用计算机模拟验证了这些论点。在解释他继续进行飞沫实验的决定时，这种情况可以做实验。但分界墙思想实验以极其简单的形式突出了德布罗意思想的内在问题。

德布罗意“先导波”思想对量子现象解释存在的几个问题

1、量子（粒子）在空间传递过程中所依附地介质（比如水面）是什么？

2、量子（粒子）在空间运动（比如，先导波推动粒子运动）的动力学原理是什么？

3、先“导波”（空间中像波一样振动的物质）的本质是什么？

近代实验反复证明了量子违反现实的怪异行为，量子的波粒二象性、 不确定性、量子纠缠等现象普遍被当代物理学家所接受。