物理学重大突破!中国首次直接验证费曼78年前量子力学预言。
华南师范大学颜辉、朱诗亮团队的研究登上《科学·进展》,人类第一次用实验直接验证费曼路径积分的核心假设,这份1948年提出的量子力学经典猜想,时隔78年终于拿到实打实的实验证据。
很多人看到新闻会觉得,这套理论课本里早就学过,算不上意外。可圈内人心里清楚,课本能写出来,不等于我们真的在实验室亲眼看见它发生。
费曼当年提出路径积分,打了一个很颠覆普通人认知的比方。一个量子粒子从A点跑到B点,它不是只走我们肉眼看到的那一条路线。
所有能想象到的路线,绕远路、绕大弯、甚至看起来完全不合理的轨迹,光子都会同时全部经历一遍。
每一条路径都会贡献一份信号,信号互相叠加抵消,剩下最强的那部分,就是我们现实世界观测到的运动结果。
这套理论撑起现代量子物理半壁江山,量子计算、粒子物理很多计算都靠它。可过去几十年,它基本只停留在数学公式层面。
这里有个绕不开的硬坎,路径积分里的核心物理量传播子属于复数,普通测量手段根本抓不住它,科研人员只能拿它做计算,没办法实实在在把每一条路径的贡献给测出来。不少学者心里一直存着疑问,路径积分究竟只是好用的数学工具,还是真实世界就这么运转的。
这次国内团队搭建一套精密光学系统,拿单光子做实验对象,实打实测量统计1419857条不同光子路径的传播子数据,把海量路径全部叠加运算,实验输出结果和费曼理论给出的预测完美对上。
简单讲,就是我们真的捕捉到,光子确实在同时遍历无数条路径,再通过干涉形成我们看见的运动轨迹。
朱诗亮团队成员提到一句话,从前书本上“对所有路径求和”只是文字符号,如今它直接从实验数据里显现出来。
这件事的分量,不只是证明一个老理论没有错。物理发展这么多年,很多成熟理论长期缺少直接实验佐证,大家靠一次次间接结果默认它成立。这次实验打通理论和现实中间那道鸿沟,证明量子世界“多路径并行”不是脑洞,是客观存在的物理现象。
网上有不少声音说,实验结果早就在预料之中,算不上惊天大反转。
这话不算错,如果测出和理论相悖的数据,那才是整个物理界的大地震。但科学的进步不全靠推翻旧认知,把那些悬在纸上的猜想,亲手在实验室落地,同样弥足珍贵。
过去很多前沿量子实验的标杆成果,大多出自海外实验室,现在国内团队啃下这个困扰学界数十年的测量难题,足以看出国内量子实验技术的硬实力。
这项成果不会立刻变出民用黑科技,不会马上造出性能翻倍的量子计算机。但它夯实整个量子领域的底层地基。
往后研究人员做量子模拟、设计新型量子器件,脚下的理论根基不再只依靠推导,而是有真实实验数据托底。我们看待量子世界的视角,也会变得更加扎实。
回望78年前费曼在纸上写下这套构想,谁也想不到几十年后,大洋彼岸的中国科研人员,会用数百万条光子轨迹,完成这场跨越时光的验证。
人类窥探微观世界的脚步,就是这样一步步,把纸上的奇思妙想,变成实验室里看得见的数据。


