MIT量子實驗顛覆愛因斯坦理論！用「單原子雙縫」重現百年物理之爭

麻省理工學院（MIT）物理學家近期完成了一項劃時代的量子實驗。他們運用超冷原子與單一光子，以前所未有的精度重現了著名的「雙縫實驗」，不僅揭示了光同時具備波動與粒子特性的量子本質，更證實了當年波爾（Niels Bohr）與愛因斯坦（Albert Einstein）論戰中的關鍵論點：觀測行為本身會決定量子態的顯現方式。

這項發表在《物理評論快報》的研究，由諾貝爾物理學獎得主沃爾夫岡·克特勒（Wolfgang Ketterle）團隊主導。研究團隊將實驗簡化到量子力學最純粹的形式——用單個原子作為「雙縫」，以極微弱的光束讓每個原子最多隻散射一個光子。當他們調整原子的量子態來獲取光子路徑資訊時，驚人地發現：光子表現出的粒子性越明顯，其波動干涉條紋就越模糊。

「愛因斯坦和波爾絕對想不到，我們能用單原子和單光子實現這個思想實驗。」克特勒表示。團隊使用超過10,000個經冷卻至微開爾文溫度的原子，將它們排列成晶格狀結構，相當於同時進行數萬次微型雙縫實驗。這種創新設計讓訊號強度足以被精密儀器捕捉，卻又保持量子尺度的純粹性。

經典雙縫實驗最早由英國科學家楊氏（Thomas Young）於1801年進行，原為證明光的波動性。但在量子力學發展後，這個實驗意外成為展現「波粒二象性」的完美範例——當光透過雙縫時會產生干涉條紋（波動性），但若試圖觀測光子透過哪條縫隙，條紋便會消失（粒子性）。

1927年，愛因斯坦提出若光子如粒子般透過單一狹縫，應會對縫隙產生微小作用力，理論上可同時觀測到作用力（粒子性）與干涉條紋（波動性）。但波爾運用量子不確定性原理反駁：任何測量光子路徑的嘗試都會破壞干涉圖樣。MIT的新實驗正是以原子取代傳統狹縫，當光子「擾動」原子時，確實如波爾預測般導致波動性減弱。

研究共同第一作者李宥京（Yoo Kyung Lee）指出：「2025年適逢『國際量子科技年』，能在此時釐清這段百年物理公案格外具有意義。」這項研究不僅驗證量子理論，更展現當代科學家如何運用超冷原子等尖端技術，探索前人難以想像的量子世界。

該研究獲得美國國家科學基金會、國防部及摩爾基金會支援，相關技術未來可應用於量子計算與精密測量領域。正如團隊成員費多謝耶夫（Vitaly Fedoseev）強調：「關鍵不在於測量裝置的機械特性，而是原子量子態的模糊程度——這需要更深刻的量子關聯理論來解釋。」