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光明日?qǐng)?bào)合肥12月21日電（記者馬榮瑞?通訊員王敏）北京時(shí)間2022年12月20日，美國物理學(xué)會(huì)旗下的Physics網(wǎng)站公布今年國際物理學(xué)領(lǐng)域十項(xiàng)重大進(jìn)展。其中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、朱曉波、張強(qiáng)等完成的實(shí)數(shù)量子力學(xué)檢驗(yàn)系列實(shí)驗(yàn)，與激光聚變首次跨越盈虧點(diǎn)、銀河系黑洞的第一張照片、詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡拍攝標(biāo)志性宇宙圖像、航天器碰撞改變行星軌道、破譯蛋白質(zhì)折疊等十項(xiàng)研究成果入圍。

物理學(xué)家使用數(shù)學(xué)來描述自然規(guī)律。復(fù)數(shù)中虛數(shù)的基本單位i，對(duì)應(yīng)于英文“想象的”。在經(jīng)典物理學(xué)中，人們只用實(shí)數(shù)就可以寫出所有定律，而復(fù)數(shù)僅僅作為一個(gè)方便的計(jì)算工具被主觀引入。隨著量子力學(xué)誕生，量子力學(xué)是否必須使用復(fù)數(shù)描述，以及這個(gè)“想象的”i是不是客觀實(shí)在，是一直存在著爭議的、長期的基礎(chǔ)性問題。1926年，薛定諤提出薛定諤方程后，致信洛倫茲：“這個(gè)（薛定諤）方程中令人不愉快的，也是我直接反對(duì)的，是復(fù)數(shù)的使用?！贝撕?，馮·諾依曼、斯蒂克爾堡等人也試圖發(fā)展過全實(shí)數(shù)形式的量子理論。楊振寧在《20世紀(jì)數(shù)學(xué)與物理的分與合》一文中寫道：“i在量子力學(xué)以前也出現(xiàn)過，可是不是基本的，只是一個(gè)工具。到了量子力學(xué)發(fā)展以后，它就不只是個(gè)工具，而是一個(gè)基本觀念了。為什么基礎(chǔ)物理學(xué)必須用這個(gè)抽象的數(shù)學(xué)觀念，虛數(shù)i，現(xiàn)在沒有人能解釋。”

如同1964年提出的貝爾不等式提供了檢驗(yàn)1935年愛因斯坦和波爾論戰(zhàn)的判據(jù)一樣，檢驗(yàn)復(fù)數(shù)在量子力學(xué)中的必要性的理論判據(jù)在2021年被提出來。

潘建偉團(tuán)隊(duì)在國際上率先開展了對(duì)實(shí)數(shù)量子力學(xué)的一系列檢驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)以超過判據(jù)43個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的實(shí)驗(yàn)精度首次證明了復(fù)數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)形式中的必要性。為了嚴(yán)格地檢驗(yàn)復(fù)數(shù)的客觀存在性，填補(bǔ)存在的定域漏洞等問題，研究團(tuán)隊(duì)又開展了新的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以5.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差超過了實(shí)數(shù)形式的量子力學(xué)預(yù)測結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)論支持量子物理需要使用復(fù)數(shù)，更嚴(yán)格驗(yàn)證了量子力學(xué)中復(fù)數(shù)的不可或缺。

系列實(shí)驗(yàn)研究工作首次在愛因斯坦嚴(yán)格定域條件下證明了“虛數(shù)不虛”，不僅加深了人們對(duì)量子基礎(chǔ)物理的認(rèn)知，而且激發(fā)科學(xué)家們探索更多的量子力學(xué)基本問題，也為未來量子信息技術(shù)的探索提供了新的啟示。

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2022年12月22日?08版）