量子世界再次挑战经典：中子干涉实验违反Leggett-Garg不等式

​经典物理学和量子力学之间最根本的区别之一在于现实主义的概念。经典物理学假设存在一个具有确定性质的世界，而这些性质独立于观察。然而，量子力学描绘了一幅更加概率性的画面，其中粒子的性质只有在测量时才会变得明确。

最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文提出了一个实验，该实验在中子干涉测量中采用了“理想否定测量”，证明了Leggett-Garg不等式（LGI）的违反。这一违反为量子世界的非现实性提供了更有力的论据。

Leggett-Garg不等式简介

LGI由Anthony Leggett和Anupam Garg于1985年提出，用于测试宏观现实主义的概念。宏观现实主义是一种哲学立场，它断言宏观系统在任何时候都存在于一个确定的状态，并且测量可以揭示这个状态而不改变它。LGI认为，如果一个系统遵守宏观现实主义，那么在不同时间测量其属性的相关性应该满足某些不等式。

然而，量子力学挑战了这一观点。它表明粒子可以存在于状态的叠加中，而测量的行为迫使它们进入一个确定的状态，这与宏观现实主义根本不符。当量子系统针对LGI进行测试时，它们通常显示违反，表明量子力学不能与宏观现实主义调和。

中子干涉仪与理想负测量

中子干涉仪是一种利用中子的波动性质来研究量子现象的技术。通过将中子束通过硅晶体干涉仪，研究人员可以为中子创建两条分开的路径，类似于著名的双缝实验。这种设置允许观察到表明粒子波动行为的干涉图样，并可用于测试各种量子力学原理，包括LGI。

理想负测量是量子力学测量问题的一个巧妙解决方法。它不是直接测量系统，这会使波函数坍塌并改变系统的状态，而是通过确认粒子在干涉仪的特定路径中的缺失来推断系统的状态。这种方法保持了系统的相干性，并允许在不直接交互的情况下观察量子效应。

LGI的实验违反

最近的实验已经使用中子干涉仪中的理想负测量证明了LGI的违反。该实验显示了中子的LGI违反，他们获得了一个测量值K=1.120±0.007，高于宏观现实主义理论预测的限制K=1。这个结果是一个强烈的迹象，表明量子力学挑战了宏观现实主义的概念，量子效应可以在像中子这样的粒子的行为中表现出来。

LGI的违反具有深远的影响，它强化了量子粒子在测量之前不具有明确性质的概念。理想否定测量的概率性质进一步强调了量子世界的固有模糊性。该实验为挑战经典现实主义和支持量子力学的非局部性和概率性质提供了越来越多的证据。

总而言之，中子干涉测量中理想负测量对LGI的违反是量子物理领域的一个重要成果。它提供了经验证据，挑战我们对现实的经典理解，并支持量子力学的非经典预测。随着研究的继续，我们可能会发现这些结果对我们理解量子世界和现实本身本质的更深远的影响。