这是一个让人忍不住揉眼睛确认的实验结果。一小块金属，由数千个钠原子组成，同时出现在两个位置，并且留下了可测量的干涉条纹作为证据。
这不是科幻小说里的情节，而是维也纳大学和杜伊斯堡-埃森大学的研究团队刚刚发表在《自然》杂志上的真实实验。
量子力学的"怪异"，又一次被推向了离我们熟悉的宏观世界更近的地方。
薛定谔的金属块，不再只是思想实验
量子叠加态，通俗来说就是一个粒子在被观测之前同时处于多种状态，这是量子力学最反直觉的核心概念之一。奥地利物理学家薛定谔当年用一只"既死又活的猫"来讽刺这种说法的荒谬，结果这个思想实验反而成了量子力学最著名的科普符号。
长期以来，量子叠加态只在极小的粒子尺度上被反复验证：电子、光子、单个原子，乃至小型分子。一旦物体稍微"大"一点，量子效应就会迅速消失，粒子回归到我们熟悉的经典物理行为。这个从量子到经典的边界在哪里，至今是物理学界悬而未决的核心问题之一。
维也纳团队这次使用的实验对象，是直径约8纳米的钠金属纳米颗粒，每个颗粒包含5000到10000个原子，质量超过17万原子质量单位，比大多数蛋白质分子还要重。以量子实验的标准衡量，这已经是一个相当"庞大"的物体。
实验装置的核心，是三束紫外激光构成的衍射光栅系统。第一束激光以约10纳米的精度定位每个纳米颗粒并将其置于量子叠加态，随后粒子同时沿多条路径穿过装置，最终在路径重叠处产生清晰可辨的干涉条纹。干涉条纹的出现，是量子叠加态存在的直接物理证据，没有模糊地带。
论文第一作者、博士生塞巴斯蒂安·佩达利诺坦言："直觉上，人们会认为这么大一块金属会像经典粒子一样运动，但它仍然能产生干涉现象，这表明量子力学即使在这种尺度上也有效。"
比前纪录高出一个数量级
这项实验的突破性，不仅在于"又大了一点"，而在于提升幅度之大。
物理学界有一个专门用来比较不同量子实验"宏观程度"的指标，叫做"宏观性"（macroscopicity），由杜伊斯堡-埃森大学的克劳斯·霍恩伯格等人提出。这个指标衡量的是，一项实验能够以多高的精度排除对标准量子理论的偏离，数值越高，代表实验对量子力学的检验越深入、越接近宏观边界。
维也纳团队在此次实验中实现的宏观性数值为μ=15.5。据研究人员表示，这比此前全球范围内所有类似实验的最高记录高出整整一个数量级。
换一个更直观的对比：若要用电子实验达到同等的检验精度，科学家需要将电子的量子叠加态维持将近1亿年。而维也纳的钠纳米颗粒，在约百分之一秒内就完成了同样的任务。这种效率上的差距，源于更大质量的物体携带更丰富的量子信息，对量子理论的检验更为严苛。
这项实验的深远意义，超出了单纯刷新纪录的层面。量子力学与经典物理学之间的边界，究竟是一条清晰的分界线，还是一段渐进的过渡区间？目前没有人知道确切答案。每一次将量子效应推向更大尺度，都是在这个问题上摸索前行。如果有一天实验表明，某个足够"大"的物体无法再产生量子叠加态，那将是物理学史上里程碑级的发现，意味着标准量子力学在某个尺度上确实需要修正。
目前，研究团队的下一步计划是挑战更大的颗粒和更多种类的材料，同时将实验灵敏度再提升几个数量级。这台干涉仪本身，还具备极其精密的力传感能力，可以探测小至10−2610−26牛顿量级的微弱力，未来在纳米技术和精密传感领域也有潜在应用价值。
薛定谔当年设想那只猫，是为了证明量子力学荒谬。如今看来，荒谬的也许是我们对"大"与"小"的直觉本身。
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