在最小的尺度上，我們對現實的直觀看法不再適用。似乎物理學從根本上是不確定的，當我們放大那些使我們的宇宙像素化的粒子時，這個事實變得越來越難以忽視。
為了更好地理解它，物理學家不得不設計一個全新的框架來放置它，一個基於概率而不是確定性的框架。這就是量子理論，它描述了各種現象，從纏結到疊加。
然而，盡管一個世紀的實驗表明量子理論在解釋我們所看到的東西方面是多麽有用，但我們很難動搖我們的「經典」觀點，即宇宙的組成部份是時間和空間中可靠的固定裝置。就連愛因斯坦也不得不問他的物理學家同行：「當你不看月亮的時候，你真的相信月亮不存在嗎？」
幾十年來，許多物理學家都在問，我們用來描述宏觀經驗的物理學是否也能用某種方式來解釋所有的量子物理學。
現在，一項新的研究也確定了答案是一個大大的否定。
具體來說，中子幹涉儀中發射的中子束可以同時存在於兩個地方，這在經典物理學中是不可能的。
這個測試是基於一個被稱為萊格特-加格不等式的數學斷言，它指出一個系統總是確定地處於一個或另一個可用的狀態。基本上，薛定諤的貓要麽是活的，要麽是死的，我們可以確定它處於哪種狀態，而我們的測量對結果沒有影響。
宏觀系統 —— 那些我們僅用經典物理學就能可靠地理解的系統 —— 服從萊格特-加格不等式。但量子領域的系統違背了這一點。這只貓同時是活的和死的，這是量子疊加的一個類比。
維也納科技大學的物理學家伊莉莎伯·克羅伊茨格魯伯（Elisabeth Kreuzgruber）說：「它背後的思想與更著名的貝爾不等式相似，貝爾不等式在2022年獲得了諾貝爾物理學獎。」
然而，貝爾不等式是關於一個粒子的行為與另一個量子纏結粒子的關系有多強的問題。萊格特-加格不等式只涉及，一個物體它提出的問題是它在特定時間點的狀態與同一物體在其他特定時間點的狀態有何關系。
中子幹涉儀包括向目標發射一束中子。當光束穿過儀器時，它會分裂成兩半，光束的每個尖頭分別沿著不同的路徑行進，直到它們稍後重新組合。
萊格特和加格定理表明，對簡單二進制系統的測量可以有效地給出兩個結果。將來再測量一次，這些結果是相關的，但只是在某一點上。
對於量子系統，萊格特和加格定理不再適用，允許超過這個閾值的相關性。實際上，這將為研究人員提供一種方法來區分一個系統是否需要量子定理來理解。
維也納科技大學的物理學家李察·華格納說：「然而，透過實驗來研究這個問題並不容易。如果我們想測試宏觀現實主義，那麽我們需要一個在某種意義上是宏觀的物體，也就是說，它的大小與我們日常生活中常見物體的大小相當。」
為了實作這一點，幹涉儀中中子束兩部份之間的空間在一個比量子更宏觀的尺度上。
維也納科技大學的物理學家Niels Geerits說：「量子理論認為，每一個中子同時在兩條路徑上運動。然而，這兩束偏梁相距幾厘米。從某種意義上說，我們正在處理一個以量子標準衡量巨大的量子物體。」
研究人員使用幾種不同的測量方法，在不同的時間探測中子束。而且，果然，測量結果的相關性太過緊密，宏觀現實的經典規則無法發揮作用。他們的測量結果表明，中子實際上是同時沿著兩條不同的路徑運動的，它們之間相隔幾厘米的距離。
這只是一連串萊格特-加格實驗中最新的一個，這些實驗表明，我們確實需要量子理論來描述我們所生活的宇宙。
維也納科技大學的物理學家Stephan Sponar說：「我們的實驗表明：大自然真的像量子理論所說的那樣奇怪。無論你提出哪種經典的宏觀現實主義理論，它都永遠無法解釋現實。沒有量子物理就行不通。」
這項研究發表在【物理評論快報】上。
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