内布拉斯加州的赫尔曼·贝特拉安(Herman Batelaan)和同事最近提交了一篇研究论文，证明了“非牛顿量子力”的存在，其研究发表在《自然通讯》上。毕竟，这个词长期以来一直属于经典的牛顿物理学：反作用力、电磁学、引力和其他解释日常生活中令人头晕目眩现象的定律。相比之下，Batelaan和合著者是在量子物理学的背景下使用这个词，量子物理学描述的是无穷小。
亚原子粒子的位置和速度是由概率而不是精确的值来定义。电子同时表现得像粒子和波，其他违反直觉的模糊性统治着这个领域。这个领域在1959年变得更加模糊，当时提出的一项实验表明，仅仅是接近经典力（而不是力本身）就可以把自己强加于物理世界。在实验中，两股电子流沿着线圈的任意一边运动，线圈的磁场完全屏蔽了这些电子。尽管两种电子流都没有穿过实际的磁场，但研究人员断定，电子的量子概率将发生可测量的变化，这取决于磁场的强度。
后来的实验证实了这种所谓的阿哈罗诺夫-玻姆效应存在。但是，如果这种奇怪效应的存在是无可争辩的，那么它的性质就不是。安东·泽林格(Anton Zeilinger)是巴特拉安的博士后顾问之一，他引入了一个定理，表明阿哈罗诺夫-玻姆效应并不代表或产生于力。
到那时，贝特拉安等人随后的实验证实了这种效应并没有延迟电子到达的时间（这是一种力的作用）泽林格定理得到了广泛的支持。然而，在泽林格提出他的定理数年后：
物理学家安德烈•谢兰科夫(Andrei Shelankov)和迈克尔•贝里(Michael Berry)反驳了这一观点，他们声称，阿哈罗诺夫-玻姆效应(Aharonov-Bohm effect)确实来自于力的量子当量。即使这个力没有减慢电子的速度，Shelankov预测它也可以通过使电子轻微偏转来改变它们的飞行轨迹。内布拉斯加州物理学和天文学教授贝特拉安(Batelaan)说：你可以自己理解每种理论的推导过程。看起来都对，但它们之间有冲突，所以我们绞尽脑汁想出一个理论。
给出了两个答案，才明白必须有一个更大的框架。它要求解决理论上的冲突，故它请求做一个实验。因此，巴特拉安和同事们，包括前博士顾问玛丽亚•贝克尔(Maria Becker)，给自己设定了一个崇高的目标：在证明谢兰科夫的预测的同时，也要适应泽林格定理。在安特卫普大学(University of Antwerp)进行实验与之前的许多实验类似：电子束向一根纳米尺度的棒状物体运动，棒状物体的磁场受到了粒子“屏蔽”。
当磁棒的磁化强度为零时，电子从磁棒上弹回后形成的波状图案（类似于水里重叠的波纹）是对称的。然而，当研究小组加大磁化强度时，这些衍射图样就变成了不对称的间接证据，证明非牛顿力推动电子向左或向右运动。正如研究小组所预料的那样，磁化方向的反转也会反转不对称的方向，这进一步支持了量子现象的观点，量子现象可以以类似于经典牛顿力的方式影响物质。至于齐灵格定理呢？
根据研究小组分析，他所做的理论假设并不适用于研究中所暗示的侧向运动。鉴于此，Batelaan说，这项研究并没有使Zeilinger失效。相反，该团队用数学方法证明了shelankov预测结果和Zeilinger定理是一个整体定理的两个特例。Batelaan粗略地将这种情况比作一个球开始在一个平的平台上滚动。在一个平面上，即使球的速度和到达时间保持不变，这个平台的缓慢升降也能改变球的运动目标。从平台上往下看，观察者可能看不出发生了什么变化；只有在改变视角之后，它才会变得明显。
视角问题也影响了这项研究的解释，经典力在局部作用，只影响与这些力相邻的物质。但是量子力学——特别是量子纠缠，即一个粒子的变化同时表现在另一个理论上可能在光年之外的纠缠粒子上——不受距离的限制。
该小组的研究结果可以解释为类似非“局部”经典力存在的证据。在这里，我们有一个非局域的情况，但不像量子纠缠，这是一种单粒子现象，而不是两粒子现象。那么，没有外力的情况下会发生什么呢？这是非常罕见的，而且非常非常特别。
这强调了自然可能是非局部的，这是个大问题，我在这里做的事情会影响到其他地方的事情吗？没有一个明确的中介？尽管巴特拉安已经找到了证据，但这并不意味着他必须喜欢它。像我生活在古典世界，我看到周围发生的一切都是因为力。如果有些事情没有外力，为什么我不能使用它们？为什么没有更多这样的例子呢？作为一个物理原理，它必须无处不在，但我们(可能)太盲目了，看不到它。
博科园｜研究/来自：内布拉斯加大学林肯分校
参考期刊《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-019-09609-9
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