
薛定谔的猫,那只既死又活的猫,已经被关在思想实验的盒子里快一百年了。物理学家一直在追问:到底是什么,让这只猫从“既死又活”的量子叠加态,坍缩成“要么死要么活”的经典现实?
这个过程叫退相干。它是量子世界和经典世界之间那道模糊的分界线。最近,一个藏在意大利地下一公里多深的实验,排除了一个流传了半个多世纪的候选答案:引力导致的时空涨落。
论文发表在2026年6月的《新物理学杂志》上。结果很干净:没有信号。而“没有信号”本身,就是一项重要的科学成果。
卡罗伊哈齐的猜想:时空在不停地“抖动”故事要从1960年代说起。匈牙利理论物理学家弗里杰什·卡罗伊哈齐提出了一个大胆的模型:时空本身并不是光滑平静的,它一直在经历微小的量子涨落。这些涨落像水面上的涟漪,会逐渐侵蚀量子叠加态。物体越大,叠加态被侵蚀得越快。这就是为什么原子可以同时存在于两个地方,而猫不行。
这个模型在提出后并没有立刻引起轰动,但它有一个极其诱人的特点:它把引力和量子退相干联系在了一起。如果时空涨落真的存在,那它就提供了一座桥,连接了量子力学和广义相对论这两个现代物理学的支柱。
近年来,这个模型被重新捡了起来。FQxI的Angelo Bassi和同事们对它进行了复兴、完善和重新表述,让它变得更精确,也更容易被实验检验。
如何寻找时空的“抖动”?卡罗伊哈齐预言的时空涨落无法被直接观测。但如果它们真的存在,就会导致带电粒子随机地抖动和加速。加速的带电粒子会辐射电磁波——这就是它们的“指纹”。
问题是,这种辐射极其微弱。它很容易被宇宙射线、环境放射性、甚至探测器材料自身的噪声淹没。你想在普通实验室里找它,就像在摇滚演唱会现场试图听清一根针掉在地上的声音。
所以,研究人员把实验搬到了地下。
格兰萨索:地球上最安静的地方之一意大利的格兰萨索国家实验室,建在1.4公里厚的岩石之下。这块巨大的岩石层像一堵天然的盾牌,把宇宙射线通量削减了百万倍。用研究员卡塔琳娜·库尔恰努的话说:“岩石提供的天然屏蔽,创造了地球上最安静的环境之一,用于探测极其罕见的物理现象。”
在这里,研究团队用一块咖啡杯大小的高纯度锗晶体作为探测器,周围包裹着多层铜和铅屏蔽。锗晶体在受到辐射时会产生微弱的电信号,可以用来寻找那个理论上预测的、来自时空涨落的电磁辐射特征。
他们总共收集了62天的数据。然后,把预期中的背景辐射从测量结果中仔细扣除,剩下的就是可能的信号。
结果:什么都没有。
“没有信号”为什么是重大成果?这听起来像是一个令人失望的结局。但库尔恰努说得很清楚:“这种信号缺失本身就是一项重大科学成果。”
因为它排除了一种可能性。具体来说,它排除了广义的卡罗伊哈齐引力诱导退相干模型。这个模型曾经是解释退相干的最自然、最古老的引力候选者之一。现在,它被实验否决了。
这并不意味着引力一定与退相干无关。但它意味着,如果引力真的参与其中,它必须通过一种不同于卡罗伊哈齐所设想的方式起作用。这大大缩小了理论家们的搜索范围。
量子引力,并不全是“不可测试”的更广泛地说,这项工作加入了一个正在壮大的研究潮流:用量子精密测量去检验量子引力效应。
长久以来,量子引力被认为是“不可测试”的——它发生在普朗克尺度,比任何加速器能触及的能量都高出几十个数量级。但卡罗伊哈齐模型以及后来的许多量子引力理论,都预言了一个最小长度的存在,以及时空测量的根本不确定性。这些效应虽然微弱,却可能通过精密实验被间接探测到。
“每一种量子引力方法最终都会预测与时空测量不确定性相关的最小长度的存在。”实验负责人克里斯蒂安·皮西奇亚说。
“精密实验现在正达到一种灵敏度,可以测试那些直到最近几乎只属于理论推测的想法,”库尔恰努补充道。“随着灵敏度的提升,理论与测量之间的界限不断移动。”
猫的死因,仍未确定薛定谔的猫为什么不再既死又活?这个问题的答案还没有找到。但至少,我们现在知道,它不是被时空的量子涟漪杀死的——至少不是以卡罗伊哈齐所设想的那种方式。
从地下1400米的岩石深处,传回来的是一片沉默。这片沉默,让理论家们不得不转向其他模型,也让实验家们更有信心去追逐下一个候选机制。退相干之谜的答案,可能藏在更精细的引力效应里,也可能藏在完全不同的地方。但无论答案是什么,它都必须先通过格兰萨索这关。
论文信息Nicola Bortolotti et al., Experimental exclusion of a generalized Károlyházy gravity-induced decoherence model, New Journal of Physics (2026).DOI: 10.1088/1367-2630/ae774c