新科学家 By AnilAnanthaswamy

25 October 2017

二象性可能听起来脱离光束的，但它已经通过另一个、宏大的测试.Marco Tomasin

量子世界的神秘的波-粒二象性已经被用卫星测试------创下一个检测这种怪异的行为超过3000公里的新距离纪录。

我们知道光子是能量或粒子的量子，但在一些实验中这种粒子像波一样行为的。按照标准的量子物理学，我们能要么观察这种量子系统的粒子性质要么波性质，但永远不能在同一时间同时观察这两个。每当我们尝试时，测量光子的行为迫使它表现为一种或另一种的。

1978年，物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒提出了所谓延迟选择实验，其中决定是否要寻找光子的波或粒子性质被延迟直到这个光子已经进入这个实验设置后。

假设光子进入了一个设计来寻找它的粒子性质的实验，而你在非常最后一刻选择来做一个突变并看它的波动性。光子会做怎么呢？理论说光子应像波一样。

过去的二十年中，实验已经测试了惠勒的想法并证明它们是正确的。但在这些实验中一个光子旅行的最长距离约是140公里。

现在，意大利帕多瓦大学的泡罗维罗莱斯和他的同事们用人造卫星在几千公里测试量子力学已经做了这个实验，为基于空间的应用铺平道路。维罗莱斯说，"像伽利略一样，当时他是帕多瓦的教授，教了我们，你必须在你正在想用它们的边界的地方检查你的法则"。

在他们的设置中，一个激光的脉冲进入一种叫做一个分束器的装置，分束器为光创建两条要走的路径。一条路径是直的和另一条绕道而行，因此在直线路径上的光有一条更短的路程去走。在绕行路线上的光重新加入直道两个脉冲朝着在低地球轨道的一颗卫星沿着相同的路线走，一个落后另一个。

卫星把脉冲的光反射回地球，在它们相遇的地方一种装置随机的做两件事之一：它能要么什么都不做，要么它能有点抓住第一个脉冲因此这一对在同一到达探测器时刻的时间出现。这个决定对应于惠勒的延迟选择。

什么也不做让这条路径仍然不平等的，而在一条路径中添加一个延迟等于是路径长度相等的。

干扰出现

当路径是不平等的和光子一个接一个到达时，我们能告诉它们走了哪一条路。在这种情况下，它们就像粒子一样。

当两个路径长度相等时，探测器不能告诉每个光子走的哪条路。在这种情况下，每个光子结束在一个已经一次走了两个路径的超位中并会与本身干扰，显示它的波动性------即便如此，在我们传统的思维方式中，它应该作为一个粒子已经进入了和离开了实验的。做这个实验很多很多次，一种波的干扰模式特征出现。

维罗莱斯说，因为在低地球轨道卫星行驶速度是每秒约7公里，数学必须给出反射的光子一个"相对论提升"的说明，这不是在基于地球的实验中的情况。

牛津大学的量子物理学家朱利奥·奇里别拉留下了印象。他说，"这个实验表明至少在一个约 3500 公里的距离上，量子理论的预测是仍然有效的。这个结果很可能是一系列的实验测试其中量子力学的基本特征将在越来越大尺度被探索的第一个"。

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