现实中存在一道裂缝——一道无形的边界，分隔着两个截然不同的领域。一边是我们日常的世界，事物遵循常识规则：物体永远不会同时占据多个位置，即使我们不看它们，它们也存在。另一边是量子力学的梦境，那里一切都是不确定的，不确定性占据主导地位，单个原子或分子可以同时存在于多个位置，至少在无人观察时是这样。
这是否意味着现实对于宏观世界和微观世界有两套不同的定律？大多数物理学家本能地不喜欢宇宙分裂的想法。伦敦大学学院（UCL）的理论家苏加托·玻色当然也不喜欢。“我的观点是，[在宏观尺度上]之所以没有观察到量子力学，是因为我们还没有能够充分隔离事物，”他说，这意味着研究人员还没有找到一种方法来屏蔽大型物体免受环境影响，从而使它们的量子特性显现出来。像大多数物理学家一样，玻色认为量子力学适用于所有事物，无论大小。他和三位同事——两位在英国，一位在印度——希望在未来一两年内通过一项有趣的实验来严格检验这一观点，该实验最终旨在确定大型物体是否遵守奇怪的量子理论规则。
该实验在最近一期的《物理评论快报》上有所描述，它追溯到一个世纪前，量子力学的创始人之一埃尔温·薛定谔生动地提出的一个难题。薛定谔问道，如果一只猫被困在一个封闭的盒子里，盒子里有一瓶毒药，毒药有 50% 的可能性会破碎并杀死这只猫，会发生什么？根据量子力学，这只猫同时处于活着和死亡的状态，两种状态并存，直到有人打开盒子并向里面看。这是因为，根据量子理论，只有当观察者对系统进行测量——打开盒子并检查——两种可能性才必须坍缩成一种。这个故事旨在说明，将这些量子规则应用于大型物体——基本上，任何肉眼可见的东西——会导致荒谬的结果。
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亨德里克·乌尔布里希特在英格兰南安普顿大学的研究实验室中进行光学悬浮的实验装置。
图片来源：提比略·乔治斯库
因此，如果量子力学是正确的——并且它一直是预测粒子行为的非常成功的理论——为什么我们从未见过既死又活的猫？量子力学定律在一定程度上会失效吗？一些物理学家认为这是一种可能性。但大多数人会认为，在我们自身的世界经验中，量子效应的明显缺失是由于原子与周围环境无数次相互作用模糊了事物的真实本质。结果，我们感知到了一种被简化、非量子的现实版本。
如果是这样，那么一项精心设计的实验，将一个物体与几乎所有环境隔离，应该可以让物理学家一瞥该物体的实际量子行为，即使它相对较大。这就是玻色、同样来自伦敦大学学院的德巴尔希·达斯、英国南安普顿大学的亨德里克·乌尔布里希特和印度玻色研究所的迪潘卡尔·霍姆提出的实验目标。“有两种可能的结果，”霍姆说。“一种是量子力学在[所有尺度上都有效。另一种是]存在量子力学不适用的区域。”
实验所需的大部分硬件已经到位，并且可以放在乌尔布里希特实验室的桌面上。（他是该小组中唯一的实验主义者；霍姆、达斯和玻色是理论家。）该实验将使用激光悬浮单个二氧化硅纳米晶体——一种微小的玻璃珠——使其在真空室中铝块上雕刻的小抛物面镜的焦点周围振荡。虽然珠子直径仅约 100 纳米——大致相当于病毒的大小——但它仍然比迄今为止为“量子性”设定实验基准的分子团簇大至少 1000 倍。
乌尔布里希特实验室光学抛物线陷阱中被照亮的红色二氧化硅纳米粒子。
图片来源：提比略·乔治斯库
尽管技术复杂，但该实验模仿了一个非常简单的现象：钟摆的运动。电磁场驱动二氧化硅珠来回运动。像节拍器一样，珠子有规律地从 A 点滴答到 B 点，然后再返回。就经典的非量子物理学而言，故事应该到此为止。但是量子钟摆的行为应该非常不同。它的位置会根据是否有人观察而变化：它可能从 A 点开始，但最终会停在 B 点的左侧或右侧的某个位置。称之为薛定谔的钟摆。
该实验将测试现实的本质：现实是完全客观的，还是我们自己的观察在创造我们所看到的东西中发挥作用？为了找出答案，该实验将以两种略有不同的方式运行。在一种版本中，激光将瞄准经典物理学预测珠子所在的位置，例如，在 B 位置。如果珠子确实在那里，它将把激光反射回探测器。在第二种情况下，激光将照射两次：第一次照射在中间位置，然后稍后第二次照射在珠子的路径上。根据经典物理学，中间测量不应影响珠子的后续位置——它应该始终停在 B 点。毕竟，在日常生活中，我们不能仅仅通过观看节拍器来改变节拍器的运动。
但在量子情况下，中间测量会产生深远的影响。与薛定谔的猫一样，珠子实际上并不存在于任何固定状态，直到它被观察到。在此之前，珠子不能说在任何地方；它只是一团可能性，只有在测量时才呈现出确定的位置。仅仅在某一时刻观察珠子的行为就会改变它稍后在激光第二次照射时的位置。如果量子力学规则成立，则有时可能会在 B 点找到珠子，但有时则不会。
“当你测量时，你就创造了那个现实，”玻色说。“在量子力学中，事物在测量之前并不存在于特定位置。在你测量之前没有真相。”
乌尔布里希特实验室中带有场线圈的磁阱中的粒子。
图片来源：玛丽昂·克伦布
为了获得统计上稳健的结果，乌尔布里希特必须快速工作，并在一个小时的过程中对珠子进行约 100,000 次测量。（实验运行时间越长，轻微的温度变化或其他细微影响可能会干扰装置的量子方面的风险就越大。）同时，他必须校准探测器的位置，以便它们仅计算与珠子相互作用的光子，而不是任何可能从铝块中的小抛物面镜上反弹的光子。
原则上，玻色、乌尔布里希特、达斯和霍姆认为，他们的实验方法最终可以扩展到处理更大的物体，甚至可能处理重达几公斤的物体。但在这种情况下，潜在的污染效应或“噪声”的阵列将变得更加难以控制。“噪声随着尺寸的增加而急剧增加，”牛津大学的实验物理学家弗拉特科·韦德拉尔说，他也在研究经典量子分界线。“它呈指数级增长。如果这能完成我会感到惊讶吗？我不知道——这不是一个简单的实验。”
如果当前的实验结果违反了经典物理学的预测，它将使量子世界几乎可以真切地接近我们自己的世界。“我们相信量子力学是一种普遍理论，”达斯说。“该理论本身没有任何限制。但在现实中，这是否属实，我们尚不知道。只有实验才能解决这个困境。”