在我们日常的古典世界中，所见即所得。球就是一个球，当它在空中抛起时，它的轨迹是简单明了的。但如果那个球缩小到原子大小或更小，它的行为就会转变为量子、模糊的现实。球不仅以物理粒子的形式存在，而且以可能的粒子态波的形式存在。这种波粒二象性会产生一些奇怪而狡猾的现象。

其中一个奇怪的前景来自一项被称为“量子炸弹测试仪”的思想实验。该实验提出量子粒子，例如光子，可以充当一种遥控炸弹探测器。通过其粒子和波的特性，理论上，光子可以感知炸弹的存在，而无需与炸弹发生物理相互作用。

这个概念在数学上得到了验证，并且符合控制量子力学的方程所允许的范围。但当要准确阐明粒子如何完成如此炸弹嗅探壮举时，物理学家们却陷入了困境。难题在于量子粒子本质上是变化的、中间的、不可定义的状态。换句话说，科学家只需相信它有效即可。

但麻省理工学院的数学家希望揭开一些谜团，并最终建立一个更具体的量子力学图景。他们现在已经证明，他们可以重新创建量子炸弹测试仪的类似物，并产生实验预测的行为。他们并不是在奇异的、微观的、量子的环境中做到这一点，而是在看似平凡的、经典的桌面设置中。

在12月12日发表在《物理评论A》上的一篇论文中，该团队报告了在一项弹跳液滴研究的实验中重新创建了量子炸弹测试仪。研究小组发现，液滴与其自身波的相互作用类似于光子的量子波粒行为：当落入类似于量子炸弹测试中提出的配置时，液滴的行为与光子的统计方式完全相同。是对光子的预测。如果装置中实际上有一枚炸弹，那么50%的概率中，液滴会像光子一样，在25%的概率中检测到它，而无需与其进行物理交互。

两个实验中的统计数据相匹配的事实表明，液滴的经典动力学中的某些东西可能是光子原本神秘的量子行为的核心。研究人员将这项研究视为两个现实之间的另一座桥梁：可观察的经典世界和模糊的量子领域。

研究作者、麻省理工学院应用数学教授约翰·布什说：“我们有一个经典系统，可以提供与量子炸弹测试相同的统计数据，这被认为是量子世界的奇迹之一。”“事实上，我们发现这种现象毕竟没有那么美妙。这是可以从局域实在论角度理解的量子行为的另一个例子。”

布什的合著者是前麻省理工学院博士后瓦莱里·弗鲁姆金。

掀起波澜

对于一些物理学家来说，量子力学留下了太多的想象空间，并且没有充分说明产生这些奇怪现象的实际动力学。1927年，为了使量子力学具体化，物理学家路易斯·德布罗意提出了导频波理论，这是一个仍然存在争议的想法，认为粒子的量子行为不是由可能状态的无形统计波决定的，而是由物理“导频”决定的。“它自己产生的波，引导粒子穿过空间。

直到2005年，物理学家YvesCouder发现德布罗意的量子波可以在经典的基于流体的实验中复制和研究时，这个概念才被人们所忽视。该装置涉及一池液体，该液体会轻微地上下振动，但不足以自行产生波浪。

然后将毫米大小的相同液体的液滴分配到浴上，当它从表面弹回时，液滴与浴的振动产生共振，产生物理学家所说的驻波场，“引导”或推动液滴沿着。其效果是水滴似乎沿着波纹表面行走，其图案符合德布罗意的导波理论。

在过去的13年里，布什一直致力于完善和扩展Couder的流体动力学导波实验，并成功地使用该装置来观察液滴表现出的量子类行为，包括量子隧道效应、单粒子衍射和超现实轨迹。

布什说：“事实证明，这个流体动力学导波实验展示了量子系统的许多特征，这些特征以前被认为从经典角度无法理解。”

炸弹远离

在他们的新研究中，他和弗鲁姆金采用了量子炸弹测试仪。这个思想实验从一个概念性的干涉仪开始——本质上是两条长度相同的走廊，从同一个起点分支出来，然后转向并会聚，随着走廊的继续延伸，形成一个菱形的结构，每个走廊都以各自的探测器结束。

根据量子力学，如果一个光子从干涉仪的起点发射，通过分束器，该粒子应该以相等的概率沿着两个走廊之一传播。与此同时，光子神秘的“波函数”，或者说它所有可能状态的总和，同时沿着两条走廊传播。

波函数以这样一种方式进行干涉，以确保粒子仅出现在一个探测器(我们称之为D1)处，而不会出现在另一个探测器处(D2)。因此，无论光子穿过哪个走廊，都应该100%在D1处检测到光子。

如果两个走廊中的一个有一枚炸弹，并且一个光子沿着这条走廊前进，那么它可以预见地会触发炸弹，并且装置会被炸成碎片，并且两个探测器都不会检测到任何光子。但如果光子在没有炸弹的情况下沿着走廊传播，就会发生一些奇怪的事情：它的波函数在沿着两条走廊传播时，会被炸弹切断。

由于它不完全是粒子，因此波不会引爆炸弹。但波干涉发生了改变，使得粒子在D1和D2处以相同的概率被检测到。因此，D2处的任何信号都意味着光子已检测到炸弹的存在，而无需与其发生物理相互作用。如果炸弹在50%的时间内出现，那么这种奇怪的量子炸弹检测应该在25%的时间内出现。

在他们的新研究中，布什和弗鲁姆金建立了一个类似的实验，看看这种量子行为是否会出现在经典液滴中。他们将一个类似于思想实验中菱形走廊的结构浸入硅油浴中。然后，他们小心地将微小的油滴滴入浴缸中并追踪它们的路径。他们在菱形的一侧添加了一个结构来模仿类似炸弹的物体，并观察了液滴及其波型如何响应变化。

最后，他们发现，25%的情况下，水滴会在没有“炸弹”的情况下弹过走廊，而其引导波与炸弹结构相互作用，从而将水滴推离炸弹。从这个角度来看，水滴能够“感知”类似炸弹的物体，而无需与其进行物理接触。

虽然液滴表现出类似量子的行为，但研究小组可以清楚地看到这种行为是从液滴的波中产生的，这在物理上有助于使液滴远离炸弹。研究小组表示，这些动力学也可能有助于解释量子粒子的神秘行为。

“不仅统计数据相同，而且我们还知道动态，这是一个谜，”弗鲁姆金说。“由此推断，类似的动力学可能是量子行为的基础。”

巴黎ESPCI的理论物理学家马蒂厄·拉布斯(MatthieuLabousse)表示：“这个系统是我们所知道的唯一一个非量子系统，但具有一些强大的波粒特性。”他没有参与这项研究。“令人惊讶的是，许多被认为是量子世界特有的例子可以通过这样的经典系统重现。它使得我们能够理解量子系统特有的东西和非量子系统特有的东西之间的障碍。该研究的最新结果麻省理工学院的研究小组将这一障碍推得很远。”