MIT新實驗破解百年物理難題 愛因斯坦與波耳論戰落幕

2025年適逢聯合國訂定的「國際量子科學與技術年」，麻省理工學院（MIT）物理學家團隊終於解決了愛因斯坦與波耳爭論近一世紀的核心問題——光的本質究竟是波還是粒子？這場爭論自1927年「雙縫實驗」起延燒至今，MIT的新實驗用超精密方法終於給出明確答案，證實量子力學的不確定性原理依舊成立。

歷史性的量子測試

愛因斯坦曾主張：單一光子應該既能傳遞路徑信息又同時顯示波動干涉，就像「小鳥擦過樹枝」。他相信物理學應能探究「一切」，自然界並不存在根本不能被測量的物理特性。

但波耳則持不同意見，他以不確定性原理指出，一旦我們想要測量微觀粒子的路徑，就不可避免地會干擾到物體的運動狀態，從而消除波動特性。

MIT此次實驗，冷卻超過10,000個原子至微開爾文溫度，排列成如水晶般的「人工雙縫」，並用單一光子進行實驗。透過改變原子的「模糊度」（即位置的不確定性），他們可以調控光子表現出的波動或粒子行為——當原子位置不確定性增大，光子偏向表現為波動；當原子位置更精確，光子行為則如粒子。

不確定性原理再證明

MIT的結果與波耳的立場完全一致。「你越能知道光子經過哪一道縫隙，干涉圖樣就越模糊，」該計畫主持人Wolfgang Ketterle說明，「這不是實驗技術的限制，而是自然界的基本法則。」即便是理論上、無接觸的「無擾動測量」，也終究必須付出干涉消失的代價，反映量子世界根本的不確定性。

當研究者嘗試觀測粒子的經過路徑時，必然會以光（即能量）照射，這股能量將不可避免地干擾粒子的動量，讓位置與動量不能同時精確確知，這正是不確定性原理的本質。

量子科學的新里程碑

本研究不僅創造了迄今最精確的雙縫實驗，也證明量子力學經典理論在現代科技下依舊無懈可擊。隨著量子時代來臨，這項突破將繼續推動基礎物理學及新世代技術的發展。

本報導根據MIT團隊於2025年7月22日發表於《Physical Review Letters》的最新研究成果整理而成。