物理学家有时说，光束在空间中传播就像一条“巨大的烟雾龙”。人们可以知道光来自哪里（龙的尾巴）以及在哪里被看到（龙的头），但仍然对两者之间的旅程（龙的神秘、模糊的身体）知之甚少。当光从光源传播到探测器时，它可以表现为粒子或波——或者，自相矛盾的是，同时表现为这两种状态或两者都不是。现在，一项使用射向低地球轨道卫星的激光束进行的实验证实，关于光本质的这种奇异细节在破纪录的距离上仍然成立。
量子物理学是对所有已知粒子行为的最佳描述，它表明现实在其最基本的层面上是模糊和不确定的。例如，被称为叠加的超现实量子效应本质上允许电子、原子和宇宙的其他组成部分同时存在于两个或多个位置。
另一个奇怪的量子现象是波粒二象性。艾萨克·牛顿认为光是由粒子组成的，而他的同代人，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯则认为光是由波组成的。最终，研究人员进行了所谓的双缝实验，证明了牛顿和惠更斯都是正确的——光子既可以表现为粒子，也可以表现为波。
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双缝实验涉及将单个光源穿过不透明板上的两个相邻狭缝，并照射到探测屏幕上。如果实验者关闭一个狭缝，穿过另一个狭缝的光将在屏幕上形成一个条纹——就像光表现为粒子流一样。但是，如果实验者让两个狭缝都打开，则光不会形成两个这样的条纹。相反，它会在屏幕上产生一系列明暗条纹，就像光波穿过狭缝并相互干涉一样。明亮的条纹表示光波相互加强的位置，而黑暗的条纹表示它们相互抵消的位置。值得注意的是，即使光子一次一个地投射到狭缝上，这种干涉模式也会实现。
量子物理学解释这些令人困惑的结果的方式是，用于检测光的仪器决定了其作为粒子或波的状态。在描述这种情况时，美国物理学家乔纳森·惠勒在1983年提出了现在著名的“大烟雾龙”的比较。
为了研究光在被检测到时如何“选择”成为粒子或波，惠勒构思了延迟选择实验。在实验中，一种称为分束器的光学设备为单个光子提供了两条路径。在每条路径的末端都有一个探测器。如果光子表现得像粒子，它有相同的机会选择任何一条路径并被任何一个探测器看到。如果光子改为表现得像波，它将同时采取两条路径并在两个探测器中都注册。
当实验仅包含一个分束器时，单个光子将选择任何一条路径，并且只有一个探测器会看到它。这表明光子在分束器处做出了“选择”表现得像粒子的“选择”。然而，分束器也可以反向作用，将两个光子合并为一个；如果实验在将路径引导到探测器之前，让路径在第二个分束器处会合，结果将是光子作为波相互作用并相互反应的干涉模式。即使在光穿过第一个分束器后但在到达探测器之前的那一瞬间引入第二个分束器，这种情况也成立。
自惠勒提出这个实验以来的几十年里，科学家们已经成功地进行了这两个版本的实验。如果光子“延迟”做出成为粒子或波的选择直到它真正被检测到，那么它的结果是有道理的。另一种情况会表明，如果光子遇到一个分束器，它可能会以某种方式决定成为一个粒子，但如果它遇到第二个分束器，它会改变它的决定并成为一个波。
历史上，所有的延迟选择实验都是在地球上进行的。但现在，科学家们越来越多地进行涉及在广阔的太空中发射激光的量子实验。意大利帕多瓦大学的量子物理学家保罗·维洛雷西和他的同事们希望验证光的二元性是否仍然在地面和低地球轨道卫星之间的距离上成立。“正如伽利略——他的大部分工作都是在帕多瓦大学完成的——所说，‘我们必须在新的背景下证明我们所知道的定律’，”维洛雷西打趣道。
维洛雷西和他的同事们使用意大利的马泰拉激光测距天文台，通过向 Beacon-C 和 Starlette 卫星发射绿色激光脉冲来进行惠勒的延迟选择实验，这些卫星将光子反射回天文台。卫星距离天文台最远时为 1,771 公里（1,100 英里）。
“距离很重要，”纽约罗切斯特理工学院的天体物理学家布莱恩·科伯莱因解释说，他没有参与这项研究。“在单个实验室中，你可以争辩说，实验者可能在某种程度上影响了结果。但在更大的距离上，没有明确的方法可以影响结果。”
科学家们没有让光子沿着两条长度相等的独立路径传播，而是测量了每个光子的两个不同方面——每个光子在空间中如何振荡，以及它到达探测器的路径是较短还是较长。维洛雷西说，他们的结果证实了光在比以前显示的大几十到数百倍的距离上具有奇怪的量子行为。该团队的研究结果于 10 月 25 日发表在《科学进展》杂志上。
“这项工作进一步证实了量子力学确实是‘大烟雾龙’的描述，”科伯莱因说。“它可能很奇怪，但在逻辑上和数学上是一致的。”
除了在空前距离上测试光的量子特性外，维洛雷西指出，在太空中进行的量子物理实验可能有助于建立由近乎无法破解的量子密码学保护的基于卫星的电信网络。通过阐明此类实验中光子的基本特性，就像本研究中所做的那样，“量子通信中可能会有更大的带宽的直接应用，”维洛雷西说。的确，巨大的烟雾龙有一天可能会在它们的嘴里携带秘密。