「海森堡不確定性原理」的數學公式。(Shutterstock)
在量子力學中，不可能既準確地知道你現在哪裏，又準確地知道你要去哪裏。這個被稱為「海森堡不確定性原理」（Heisenberg’s uncertainty principle，又稱「測不準原理」）的想法，幾十年來一直是量子研究領域的關鍵部分，而現在物理學家對其中的不確定性更加確定了。
在量子物理學發展之前，為尋求更精確地測量物體，研究人員會不斷尋求更好的測量儀器。但在1927年，維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）發現，在處理量子尺度物體時，要同時測量某些成對的變量（例如位置和動量），其精確度存在根本限制。
現在，日本九州大學的倉持結（Yui Kuramochi）和電氣通信大學的田島裕康（Hiroyasu Tajima）已經證明，即使只測量單個變量，海森堡不確定性原理的某個版本也可以適用。
自20世紀50年代以來，研究人員一直想知道海森堡對不確定性的描述是否需要修改，諸如針對兩個碰撞的彈珠之類的系統，在這些系統中，它們的組合動量是守恆的，這意味着二者碰撞的前後具有相同的動量值。這種對動量的額外限制是否可以「欺騙」不確定性原理，讓你能夠極其精確地測量兩個球的位置？
對於測量返回離散值（discrete values，例如0或1）的簡單系統，答案似乎是否定的。但當涉及到像碰撞彈珠這樣的系統時，位置和動量具有連續值而不是離散值，這使得數學更加複雜。之前的研究人員仍然認為不可能欺騙海森堡測不準原理，但到目前為止都無法證明這一點。「為此，需要一種全新的方法，我們構建了它。」倉持結說。
他和田島裕康面臨着必須對非常普遍的位置概念進行計算和證明的困難：因為它可以採用無限多個值，所以它必須由無限的數字網格表示。
為了解決這個問題，兩人採用了一種數學技巧，使其能夠將這個無限網格隱藏在另一個稱為函數的數學對象中。他們可以在大部分證明中使用這個函數，然後在完成所有原本難以處理的計算後，在最後切換回位置的真實表示。
挪威東南大學的萊昂·洛夫里奇（Leon Loveridge）表示，由於這項工作提供了嚴格的數學證明，因此其結論「完全適用於所有實驗、所有測量相互作用，永遠適用。」他說，沒有辦法避開它並更準確地測量量子物體的位置。
洛夫里奇說，雖然這項工作加深了我們對現實量子本質的理解，但尚不清楚它是否可以在量子技術等應用中發揮作用，因為測量效果很微妙，很難弄清它可適用於哪些實驗。他說，量子物理學一直面臨着實驗中使用的工具如何與所測量的物體相互作用的問題。因此，雖然我們現在可能對「不確定性」更加確定了，但仍然不確定它在實踐中意味着什麼。
新的研究成果於2023年11月21日發表在《物理學評論快報》（Physical Review Letters）。◇#
