自由下落的电梯里，你无法用局域实验测出自己正被引力拽着。一百多年前，爱因斯坦用这句话奠定了等效原理。现在，物理学家第一次让一个真正的量子物体接受这个原理的检验。
矛盾百年
量子力学把微观世界管得服服帖帖；广义相对论把行星、黑洞、宇宙描述得明明白白。可这两大支柱始终接不上头。
根子在“路线”： 量子物体可以同时走两条路； 经典引力理论里的物体，只能沿一条确定的轨迹下落。 爱因斯坦的电梯，遇到量子叠加态还会不会灵？一直没有直接实验。
首次实测
9月2日《科学进展》上的论文，给出了第一个直接测量结果。
▲ 实验中使用的原子芯片（由内盖夫本-古里安大学制造）。实验中芯片倒置，原子在其正下方被操控。图片来源：内盖夫本-古里安大学
以色列本-古里安大学、德国乌尔姆大学、英国牛津大学等组成的国际团队，直接测到了“自由下落量子相位”。 处于量子叠加态的铷原子，其相位变化与把等效原理推广到量子波后的预言一致。
诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯也是作者之一。
怎么落
这台装置叫“量子伽利略干涉仪”。
“苹果”是铷原子，先冷却到接近绝对零度，再被微波脉冲推入量子叠加。芯片上的微型导线产生磁场，把原子的两个量子态分开：
一个分量被磁场托住，与重力精确抵消，相对地球静止； 另一个分量被磁场向上推了一把，随即切到对磁场几乎不敏感的状态，从此只剩引力，沿抛物线自由下落。
▲ 向科学腔室输送冷原子的二维磁光阱（2D MOT）装置。中心是一个玻璃池，在产生磁场的线圈之间保持真空。原子通过黄色（反射）表面中心可见的小孔进入科学腔室。图片来源：Or Dobkowski
两个状态，同时存在。
两条路径走完，磁场脉冲再把它们合拢。两路量子波重新叠加，产生明暗相间的干涉条纹；两条路径的重力环境不同，条纹会整体移动。
那个移动量，正是把等效原理推广到量子波时预言的数值。
边界
必须说清楚：实验没有统一广义相对论和量子力学，也没有证明“引力是量子化的”。铷原子太轻，叠加时间太短，引力仍被当作经典背景。
按最严格的说法：它是一次兼容性测试。在人类目前能触及的尺度，量子力学没有让爱因斯坦的电梯失灵。
▲ 实验装置的总体图。核心是一个真空腔室，其内部条件类似太空，可使原子保持不受干扰。左侧是二维磁光阱（2D MOT），该装置将原子送入原子芯片所在的科学腔室。腔室周围有天线、线圈和光纤，用于捕获和冷却原子，然后将其操控为两条不同的路径。最后，检测两条路径之间的相对相位。图片来源：Or Dobkowski
彭罗斯赌局
彭罗斯有一个著名猜想：足够大的物体处在量子叠加态时，它自己引起的时空弯曲会让叠加坍缩成一条确定的路径。
要验证这个，原子还不够。团队下一步打算用纳米金刚石，把量子物体的质量往上推十几个数量级。如果更大的“苹果”落出了偏差，才可能摸到引力量子化的门。
中国赛道
法国MICROSCOPE卫星，早把宏观等效原理验到了极高精度。 下一步，是去太空用冷原子做干涉实验。各国都在抢这个制高点。
中国没迟到： 2016年，天宫二号把全球第一台空间冷原子钟送入轨道； 地面原子重力仪的研究，国内也积累了多年。
量子干涉仪成败，卡在原子芯片电磁场的微小控制。这恰好是中国精密测量练了多年的硬功夫。后面的实验，值得盯。
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