據《大眾機械》報導，現實是否存在，或者當觀察者測量它時它會形成？這就像一個古老的難題，如果一棵樹倒在森林裡，周圍沒有人聽到，它是否會發出聲音，上述問題仍然是量子力學領域最誘人的問題之一，這是科學的分支亞原子粒子在微觀層面的行為。

在一個像“量子疊加”這樣有趣的、幾乎神秘的現象盛行的領域——一個粒子可以同時在兩個甚至“所有”可能的地方的情況——一些專家說現實存在於你自己的意識之外，並且有你無法改變它。其他人堅持認為“量子現實”可能是某種形式的“培樂多彩泥（Play-Doh）”，你可以用自己的行動塑造成不同的形狀。現在，來自巴西聖保羅大都市區的ABC 聯邦大學(UFABC) 的科學家們正在為現實可能“在觀察者眼中”的說法增添動力。

在他們於4 月發表在《通信物理學》雜誌上的新研究中，巴西科學家們試圖驗證丹麥著名物理學家尼爾斯·玻爾在1928 年提出的互補性原理（complementarity principle）。它指出，物體具有某些互補特性，它們是不可能同時觀察或測量，例如能量和持續時間，或位置和動量。例如，無論你如何建立一個涉及一對電子的實驗，你都無法同時研究這兩個量的位置：測試將說明第一個電子的位置，但同時掩蓋了第二個粒子（互補粒子）的位置。

要了解這種互補性原理如何與客觀現實相關，我們需要回到大約一個世紀前的歷史。1927 年，在第五屆索爾維會議（物理學和化學領域最重要的年度國際會議）期間，玻爾和著名的德國出生的理論物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在布魯塞爾進行了一場傳奇的辯論。

在其他77 位才華橫溢的科學家們齊聚奧地利首都討論量子理論的新興領域之前，愛因斯坦堅持認為，量子態有自己的現實，獨立於科學家如何對它們採取行動。與此同時，玻爾捍衛了這樣一種觀點，即只有在科學家建立實驗設計之後，量子系統才能定義自己的現實。

“上帝不會擲骰子，”愛因斯坦說。

“一個系統根據環境表現為波或粒子，但你無法預測它會做什麼，”波爾指出，波粒二象性的概念說，物質可能在某一時刻表現為波，並在另一個時刻以粒子的形式出現，這是法國物理學家路易斯·德布羅意於1924 年首次提出的想法。

1927 年索爾維會議結束後不久，玻爾就公開闡明了他的互補性原理。在接下來的幾十年裡，有爭議的玻爾概念被多次測試。美國理論物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒是對互補性原理進行實驗的人之一。

惠勒在1978 年試圖將托馬斯·楊1801 年的雙縫實驗重新想像成光的特性。雙縫實驗包括用兩條平行狹縫將光照射在牆上。當光通過每個狹縫時，在分隔器的另一側，它會衍射並與來自另一個狹縫的光重疊，從而相互干擾。這意味著不再有直線：實驗結束時出現的圖形圖案是乾涉圖案，這意味著光在波浪中移動。本質上，光既有粒子性又有波動性，這兩種性質是密不可分的。

在光線已經穿過大部分機器後，惠勒讓他的設備在“波浪測量儀”和“粒子測量儀”之間切換。換句話說，他在光已經作為波還是粒子傳播之間做出了延遲選擇，發現即使延遲選擇後，也沒有違反互補性原理。

然而，最近一些試圖將量子疊加原理應用於延遲選擇實驗的調查發現這兩種可能性並存（就像湖面上的兩個波可以重疊一樣）。這表明在同一裝置內具有混合的波狀和粒子狀行為，與互補性原理相矛盾。

量子控制的現實

巴西的科學家們決定還設計一個量子控制的現實實驗。

“我們使用了類似於醫學成像中使用的核磁共振技術，”領導該實驗的UFABC 量子信息科學和技術研究員Roberto M. Serra告訴《大眾機械》。質子、中子和電子等粒子都具有核自旋，這是一種類似於羅盤中指針方向的磁性。“我們使用一種電磁輻射來操縱分子中不同原子的這些核自旋。在這個設置中，我們為質子核自旋創建了一種新的干涉裝置，以研究其在量子領域的波和粒子現實，”Serra 解釋說。

“這種新的安排產生了與之前的量子延遲選擇實驗完全相同的觀察統計數據，” Pedro Ruas Dieguez現在是波蘭國際量子技術理論中心(ICTQT) 的博士後研究員，他是該研究的一部分，告訴《大眾機械》。“然而，在新的配置中，我們能夠將實驗結果與波和粒子的行為方式聯繫起來，從而驗證了玻爾的互補性原理，”Dieguez 繼續說道。

2022 年4 月研究的主要內容是，量子世界中的物理現實是由相互排斥的實體組成的，儘管如此，它們並不矛盾，而是相互補充。

專家說，這是一個令人著迷的結果。“巴西研究人員設計了一個數學框架和相應的實驗配置，可以測試量子理論，特別是通過研究系統的物理現實性來理解互補性的本質，”福特漢姆大學物理學副教授Stephen Holler告訴《大眾機械》。

這項研究突出了標誌性的美國量子物理學家和諾貝爾獎獲得者理查德·費曼的長期格言：“如果你認為你了解量子力學，那麼你就不會了解量子力學。”Holler說。“關於該理論還有很多需要學習的地方，研究人員繼續在理解基本原理方面取得進展，這在我們進入量子設備和計算開始激增的時代時尤其重要。”

Dieguez表示：“根據具體情況，物質粒子可能表現得像波，而光錶現得像粒子，這一事實仍然是量子物理學中最有趣、最美麗的謎團之一。”

矛盾的是，量子力學的這種固有的“怪異”可以證明是非常有用的。Serra說：“我們越是解開量子力學，我們就越能提供顛覆性的量子技術，超越它們的經典對應物、量子計算機、量子密碼學、量子傳感器和量子熱包括設備。”

兩位研究人員都同意，觀察者眼中的現實可能是量子領域物理現實的一個非常特殊的方面，而且這個謎團本身並沒有減弱的跡象。