这一次，是爱因斯坦错了

爱因斯坦是一位对人类物理学做出了巨大贡献的物理学家，在过去的日子里，他提出的理论不断地得到验证，我们也经常看到诸如“爱因斯坦又对了”这样的描述。

然而根据一项近日发表在《物理评论快报》上的新研究，来自中国科学技术大学的科学家团队通过实验终结了他与玻尔的那场世纪之辩，实验结果表明，这一次，是爱因斯坦错了。这到底是怎么回事呢？下面我们就来了解一下。

在进入20世纪之后，人们逐渐意识到，微观粒子是具有波粒二象性的，也就是说，它们可以同时具有波动性与粒子性，而为了深入研究微观粒子的波粒二象性，科学家还设计了一种堪称经典的双缝实验。

其内容简单来讲就是，让单个微观粒子逐个通过一块带有两条狭缝的挡板，然后再抵达后方放置的探测屏，通过对粒子在探测屏的落点分布进行分析，就可以知道粒子到底是以波的形式还是以粒子的形式穿过了狭缝。

在进行实验时，科学家发现，如果不去观测粒子到底是经过哪一条缝，那随着粒子落点的累积，探测屏上就会形成明暗相间的干涉条纹，表现出波动性，而如果对粒子的经过路径进行了观测，探测屏上就不会出现干涉条纹，表现出粒子性。

对于这种现象，量子力学哥本哈根诠释的主要创立者尼尔斯·玻尔用“互补原理”进行了解释，他认为，微观粒子的波动性与粒子性不能同时被观察到，也就是说，如果你想观测粒子的路径（粒子性），干涉条纹（波动性）就会消失，而如果你想看干涉条纹，就必须放弃去观测粒子的路径。

然而爱因斯坦并不认同玻尔的理论，为了对其进行反驳，他在1927年的索尔维会议上提出了一个精妙的实验，试图在不破坏干涉条纹的前提下，获取粒子的路径信息。

他的设计大概是这样的：在常规的双缝板之前，再加一道只有一条狭缝的挡板，微观粒子必须先穿过这个单缝，才能到达后面的双缝。这个设计的关键在于，实验中的狭缝需要水平排列，其中单缝挡板不是固定的，而是悬挂在一个极高灵敏度的弹簧上，可以上下自由移动。

爱因斯坦指出，当一个光子穿过单缝射向后面双缝中的“上缝”时，它必然发生偏折，获得一个向上的动量分量，而根据动量守恒定律，此时单缝挡板必然会受到一个向下的“反冲”，反之，如果光子去了“下缝”，挡板就会受到向上的“反冲”。

在这样的情况下，只要我们足够精确地测量这块单缝挡板在光子通过前后的动量变化，我们就能通过“反冲”的方向，推断出光子到底去了哪条缝，而在此过程中，光子本身并没有在后面的双缝处受到直接干扰，因此它理应继续在探测屏上形成干涉条纹。

可以看到，如果爱因斯坦的设想成立，那么我们就可以同时获得路径信息（粒子性）和干涉条纹（波动性），如此一来，就直接证伪了玻尔的理论。

对于这个实验，玻尔反驳道，根据海森堡不确定性原理，精确测量粒子的动量会导致粒子位置存在很大的不确定性，最终结果就是：干涉条纹依然会被破坏。

可以看到，爱因斯坦与玻尔各有各的道理，那他们谁对谁错呢？很明显，做一下这个实验就可以知道了。然而由于光子的动量极小，想要在实验中通过测量光子对一个宏观物体的影响来判断光子的去向，在技术上是不可能的任务，因此这个问题迟迟没有确定的答案。

那此次研究又是如何终结爱因斯坦与玻尔的这场世纪之辩的呢？答案就是，既然宏观物体测不出来，那么我们就用微观粒子。

在实验室中，科学家利用先进的光镊技术，将一个铷原子精准地“囚禁”在一个势阱之内（简单来讲，光镊技术就是利用激光聚焦产生的辐射压力和梯度力捕获和操籽挞观粒子）。

由于铷原子足够轻，当单个光子与它发生相互作用时，光子传递给原子的动量就足以产生可观测的量子态改变，因此这个铷原子就可以充当爱因斯坦设想中那个“挂在弹簧上的单缝挡板”。

一个简单的原理就是，当光子通过这个由铷原子构成的“单缝挡板”时，它会与原子发生动量交换，进而导致原子动量发生改变，通过测量出原子受了多大的“反冲”，就相当于获取到了光子的路径信息，测量精确度越高，光子的路径信息就越明确。

为了确保测量的准确性，科学家利用一种被称为“三维拉曼边带冷却”的技术，将铷原子的位置和动量不确定性压缩到了非常接近理论极限，进而让其一直保持在与单个光子动量相当的量级。

在实验过程中，科学家通过精密调节光镊的束缚强度，动态地调整对原子动量测量的精确度（束缚强度越低，原子动量不确定性就越小，测量精确度也就越高，反之亦然）。

结果发现，在测量精底度极低的情况下，后方探测屏上会出现清晰的干涉条纹，而随着测量精度的上升，干涉条纹就会逐渐模糊，并且测量精度越高，干涉条纹就越模糊。

可以看到，这样的实验数据几乎完美地符合玻尔提出的理论，这也标志着爱因斯坦与玻尔的那场世纪之辩的终结：这一次，是爱因斯坦错了。