中子束（绿色）被分成两部分，然后重新连接。每个中子同时沿着两条路径行进。图片来源：维也纳理工大学
自然真的像量子理论所说的那样奇怪吗，还是有更简单的解释？维也纳工业大学的中子测量证明，如果没有量子理论的奇怪性质，它就无法工作。
一个粒子可以同时在两个不同的地方吗？在量子物理学中，它可以： 量子理论允许物体同时处于不同的状态，或者更准确地说：处于叠加状态，结合不同的可观察状态。但事实真的如此吗？也许粒子实际上处于一个非常特定的状态，在一个非常特定的位置，但我们只是不知道吗？
量子物体的行为是否可以用一种简单、更经典的理论来描述的问题已经讨论了几十年。1985年，人们提出了一种衡量这一点的方法：所谓的“Leggett-Garg不平等”。任何描述我们世界的理论，如果没有量子理论的奇怪叠加态，就必须服从这种不等式。
另一方面，量子理论违反了它。现在，维也纳工业大学首次用中子测量了这种“Leggett-Garg不等式”，并得到了明确的结果：Leggett-Garg不等式被违反，经典解释是不可能的，量子理论获胜。研究结果现已发表在《物理评论快报》杂志上。
物理现实主义我们通常假设每个物体都具有某些属性：球在某个位置，它有一定的速度，也许也有一定的旋转。我们是否观察球并不重要。它非常客观且独立于我们而具有这些属性。“这种观点被称为'现实主义'，”维也纳工业大学原子研究所的斯蒂芬·斯波纳尔说。
我们从日常经验中知道，大型宏观物体尤其必须遵守这一规则。我们也知道，宏观物体可以在不受到显着影响的情况下被观察到。测量不会从根本上改变状态。这些假设统称为“宏观现实主义”。
然而，我们今天所知道的量子理论是一种违反这种宏观现实主义的理论。如果量子粒子可能有不同的状态，例如不同的位置、速度或能量值，那么这些状态的任意组合也是可能的。至少只要不测量这种状态。在测量过程中，叠加态被破坏：测量迫使粒子决定支持一个可能的值。
Leggett-Garg 不等式然而，量子世界必须与宏观世界有逻辑上的联系——毕竟，大的东西是由小的量子粒子组成的。原则上，量子理论的规则应该适用于一切。
那么问题来了：是否有可能观察到“大”物体的行为，而这些行为无法与我们对宏观现实主义的直观图景相协调？宏观事物也能显示出量子性质的明显迹象吗？
1985年，物理学家安东尼·詹姆斯·莱格特（Anthony James Leggett）和阿努帕姆·加格（Anupam Garg）发表了一个可以测试宏观现实主义的公式：莱格特-加格不等式。
该论文的第一作者伊丽莎白·克鲁兹格鲁伯（Elisabeth Kreuzgruber）说：“它背后的想法类似于更著名的贝尔不等式，该不等式于2022年获得诺贝尔物理学奖。
“然而，贝尔不等式是关于一个粒子的行为与另一个量子纠缠粒子的相关性有多强的问题。Leggett-Garg不等式只涉及一个单一的物体，并提出了一个问题：它在特定时间点的状态如何与同一物体在其他特定时间点的状态相关？
比经典物理学允许的更强的相关性Leggett 和 Garg 假设一个物体可以在三个不同的时间进行测量，每次测量可以有两个不同的结果。即使我们对这个物体的状态是否或如何随时间变化一无所知，我们仍然可以从统计学上分析不同时间点的结果之间的相关性。
从数学上可以证明，这些相关性的强度永远不会超过某个水平——假设宏观现实主义是正确的。Leggett 和 Garg 能够建立一种不平等，无论该理论的任何细节如何，每个宏观现实理论都必须始终满足这种不平等。
但是，如果对象遵循量子理论的规则，那么三个不同时间点的测量结果之间必须有更强的统计相关性。如果一个物体在测量时间之间实际上同时处于不同的状态，那么根据 Leggett 和 Garg 的说法，这必然会导致三个测量之间的相关性更强。
中子束：厘米大小的量子物体“然而，通过实验来研究这个问题并不容易，”理查德·瓦格纳说。“如果我们想测试宏观现实主义，那么我们需要一个在某种意义上是宏观的物体，即其大小与我们通常的日常物体的大小相当。”然而，与此同时，它必须是一个仍然有机会显示量子性质的物体。
“中子束，正如我们在中子干涉仪中使用的那样，非常适合这一点，”负责实验的格勒诺布尔劳厄-朗格文研究所（ILL）S18仪器的仪器Hartmut Lemmel说。
在中子干涉仪中，一种硅完美晶体干涉仪，于 1970 年代初在维也纳工业大学原子研究所首次成功使用，入射中子束在第一块晶板上分裂成两个部分光束，然后由另一块硅重新组合。因此，中子可以通过两种不同的方式从源传播到探测器。
“量子理论说，每个中子同时在两条路径上行进，”Niels Geerits说。“然而，两根部分光束相距几厘米。从某种意义上说，我们正在处理一个量子物体，按照量子标准来说，它是巨大的。
使用几种中子测量的复杂组合，维也纳工业大学的团队能够测试Leggett-Garg不等式，结果很明确：不等式被违反。
中子的行为方式无法用任何可以想象的宏观现实理论来解释。它们实际上同时在两条路径上行进，它们同时位于不同的地方，相距几厘米。因此，“也许中子只在两条路径中的一条上行进，我们只是不知道哪一条”的想法被驳斥了。
“我们的实验表明：自然界真的像量子理论所声称的那样奇怪，”斯蒂芬·斯波纳尔说。无论你想出哪种经典的、宏观现实的理论：它永远无法解释现实。没有量子物理学，它就行不通。
更多信息：Elisabeth Kreuzgruber 等人，在中子干涉测量中使用理想负测量违反 Leggett-Garg 不等式，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.260201.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2307.04409
期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv
量子角动反向性，好比45度角，一个圆的四分之一是90，40x9等于360，5X90等于450多于360度90，按5计算多了4个90度，这个就是直子反向性，也就是说直子都是一对一对的交叉叠加。你看到的太阳为什么那么亮都是反向的，和你所在的位置空间密度相关联，按圆周率计算就是背靠背直子坠落体，电磁波的电直子比对波赫合成的辐射密度。好比一个圆360度，圆内的圆还是360度，在计算逻辑是这样的，但是在上面的计算逻辑思维上却是错误的，圆往外是放大内就缩小，当你看到缩小时往外是放大，视觉是相反的两个方向，也就是说360度圆里不可能是360度只有计算数，可能是加或减就是不是360度，在计算上就是数字记存单位，只要不重复都是独立的个体，可以放大也可以缩小。