金屬粒子同時存在於兩個地方！維也納大學實現「薛丁格的貓」量子奇蹟

一塊金屬，竟然可以同時存在於兩個地方。奧地利維也納大學的研究團隊，首次成功讓由數千個鈉原子組成的金屬納米粒子，處於「既在此處，又不在此處」的量子疊加狀態。這項突破如同將「薛丁格的貓」——那個在觀測前既死又活的著名思想實驗——在真實的金屬塊中重現。研究成果已於2026年發表在《自然》（Nature）期刊。


在量子力學的世界裡，物質在未被觀測前，可以同時處於多種狀態的疊加。這與日常經驗截然不同：我們扔出的球只會沿拋物線落下，這是古典力學的範疇。但當尺度縮小到電子、原子層級，粒子同時具有「粒子」與「波動」的雙重性質，觀測行為本身會瞬間「凍結」其狀態。1935年，物理學家薛丁格為凸顯這種荒謬性，設想了貓在箱中生死疊加的情景——如今，維也納團隊用金屬納米粒子實現了類似效果。

團隊由阿恩特（Markus Arndt）與格里希（Stefan Gerlich）博士領導，使用名為「MUSCLE」的專用裝置進行實驗。他們將直徑約8納米（相當於1毫米的12.5萬分之一）、由5,000至10,000個鈉原子組成的金屬納米粒子，冷卻至超低溫後，通過紫外線雷射製造的三道繞射光柵。粒子在第一道光柵被定位，進入疊加狀態，同時沿多條路徑飛行，最後在第三道光柵後產生干涉條紋——證明粒子在飛行期間位置未定，分散於自身尺寸數十倍範圍內，即同一金屬塊同時存在於兩個位置。


這項實驗在「宏觀性」（macroscopicity）指標上達到μ=15.5，比此前全球量子實驗的最高紀錄高出約10倍，刷新世界紀錄。若用電子達成相同宏觀性，需維持疊加狀態約1億年，而維也納團隊的納米粒子僅用百分之一秒便完成。團隊計劃未來使用更大物體與不同材料，將紀錄再提升數個數量級。此外，該裝置也可作為極靈敏的力傳感器，目前已能檢測10⁻²⁶牛頓的微小力量，有望應用於納米技術與精密測量。量子世界與日常世界的界線在哪裡？這場探索才剛剛開始。