新华社北京2月22日电 题：“你在不在，我在”——中国科学家巧设实验，解释量子力学波函数的真实存在

新华社记者于小杰

量子力学是20世纪与相对论相媲美的伟大科学发现，催生了激光、半导体、核能等高新技术。

虽然量子力学已经深刻地改变了人类的生活，但用来描述微观粒子状态的波函数的性质尚未得到解决。 哥本哈根概率波理论、德布罗意导波理论、多世界理论……物理学家提出了各种假说和解释，但一直没有达成共识。 哥本哈根学派是量子力学的主要解释，认为波函数只是一种数学描述。

近日，清华大学龙桂禄教授提出“波函数是微观物体的真实存在”的新观点，创造性地设计了“遭遇延迟选择实验”，并带领团队成功完成了实验。 研究成果发表在近期的《科学中国》上。

“我认为微观物体的波函数就是它的存在形式，分散在空间中，有振幅和相位，测量时波函数以无穷大的速度坍缩，通常以更小的速度传播 “大于或等于光速。当单独的波函数放在一起时，由相位引起的波函数干扰建设性和破坏性，使微观物体表现出波动。” 龙归禄说。

波函数的真实存在可以用“遭遇延迟选择实验”来说明。 22日，在清华大学科学楼一间堆满物理书籍和《左传》、《资治通鉴》等国学经典的办公室里，龙桂禄是这样介绍这个有趣的实验的——

在矩形马赫-曾德尔干涉仪中，左下角有一个半透明和半反射分束器，左上角和右下角分别有一个全反射镜，第二个分束器 右上角根据需要放置或不放置，右上角右侧顶部和顶部分别放置一个单光子探测器。 路径1在左下角的分光镜处反射，沿左边，在左上角向右上角反射； 路径2穿过左下方的分束器，沿底部边缘，通过右下角反射到右上角。 在干涉实验中，无论第二个分束器是否存在，单个光子总是同时在两条路径上传播。 “相遇延迟选择实验”让这两条路径的波函数在决定是否插入第二个分束器之前相遇，结果支持这个真实的解释。

”波函数经过第一个分束器后分成两部分，就像一条大蛇变成两条小蛇，分别经过路径1和路径2。如果没有第二个分束器 , 然后在相遇时’忽略’, 各自到达两个检测器, 各自有一半的概率被检测到. 在右上角相遇时插入分束器, 一半已经通过干涉仪. 两束光的波函数为 “腰部截断”。此时，波函数在插入之前已经通过的部分仍然被“忽略”，分别到达两个检测器。但其余波函数发生在分束器中 如果实验 重复多次，两个探测器探测到的光子数将分别为总数的1/4和3/4。” 龙归禄说道。

专家评价，龙桂禄对波函数认识的突破在于他提出了一个真正的解释——波函数是微观物体的存在方式，打破了“波函数”的传统认识。 一个微观粒子就是一个小硬球”，推翻了约翰·惠勒提出的“延迟选择实验”的结果，避免了违反微观世界的因果律。

“延迟选择实验”是爱因斯坦的同事约翰·惠勒于1979年在纪念爱因斯坦诞辰100周年的研讨会上提出的。 在实验中，惠勒先让单个光子通过左下角的分束器，然后再决定是否将其放入第二个分束器。 会有干扰。 实验情况是无论后面决定还是放置第二个分束器，结果是完全一样的：如果插入，光子会选择同时走两条路径，如果是 不插入，光子将选择只走一条路。 单光子就像有远见的精灵，它会根据第二个分束器是否存在来选择走一条路还是两条路！ 惠勒认为，后来放入第二个分束器的事件影响了之前发生的单光子选择路径的事件，微观世界不再遵循因果律！

“我们的观点是，不管你（第二个分束器）在不在，我的波函数都在——同时在两条路径上。” 龙归禄说道。

量子理论诞生至今已有一个世纪，但量子世界仍“云里雾里”。 正如尼尔斯·玻尔所说：没有第一次被量子理论震撼的人，一定没有理解它。

“我们的解释是用通俗易懂的图像来理解神秘的量子效应，例如量子隧穿、双缝干涉实验、量子纠缠、非局域性和波粒二象性。” 龙归禄说道。

龙贵禄团队长期从事量子信息研究，在量子通信和量子算法方面的物理基础研究获得国家自然科学二等奖。 （完）