在最小的尺度上，我们对现实的直觉看法不再适用。这几乎就像物理学从根本上就是不确定的，当我们放大宇宙像素化的粒子时，这个事实就更难以忽视了。
为了更好地理解它，物理学家必须设计一个全新框架将其归类为基于概率而非确定性的理论。这就是量子理论，它描述了各种各样的现象，从达到叠加的效果。
然而，尽管一个世纪以来的实验证明了量子理论在解释我们所看到的东西方面是多么有用，但我们很难动摇我们对宇宙构成要素的“经典”观点，即宇宙的构成要素是时间和空间中可靠的固定装置。即使爱因斯坦被迫问他的物理学同行，“你真的相信吗当你不看它的时候它就不存在吗？”
几十年来，无数物理学家一直在问，我们用来描述宏观体验的物理学是否也能用来解释整个量子物理学。
如今，一项新的研究也表明，答案是“绝对不行”。
具体来说，中子束在中子干涉仪可以同时存在于两个地方，这在经典物理学下是不可能的。
该测试基于一个数学断言，称为Leggett-Garg 不等式，它表明系统总是确定地处于其可用的状态之一。基本上，薛定谔的猫要么活着，要么死了，我们能够确定它处于哪种状态，而我们的测量不会对结果产生影响。
宏观系统（我们仅使用经典物理学就能可靠理解的那些系统）遵循 Leggett-Garg 不等式。但量子领域的系统却违反了这一不等式。猫既活着又死去，这与量子叠加类似。
“其背后的想法类似于更著名的贝尔不等式，并因此获得 2022 年诺贝尔物理学奖。”物理学家 Elisabeth Kreuzgruber 说道维也纳科技大学。
“然而，贝尔不等式讨论的是粒子的行为与另一个量子纠缠粒子之间的关联强度。莱格特-加格不等式只涉及一个单一的物体，并提出了一个问题：它在特定时间点的状态与同一物体在其他特定时间点的状态有何关联？”
中子干涉仪需要向目标发射一束中子。当光束穿过仪器时，它会一分为二，光束的每个分支都会沿着不同的路径行进，直到它们后来重新组合。
Leggett 和 Garg 定理指出，对简单二进制系统的测量实际上可以产生两个结果。将来再次测量时，这些结果将相互关联，但仅限于某一特定点。
对于量子系统，Leggett 和 Garg 定理不再适用，允许高于此阈值的相关性。实际上，这将为研究人员提供一种方法来区分系统是否需要量子定理才能被理解。
“然而，通过实验来研究这个问题并不容易。”物理学家理查德·瓦格纳说维也纳技术大学的物理学家说：“如果我们想测试宏观现实主义，那么我们需要一个在某种意义上是宏观的物体，即其尺寸与我们日常物体的尺寸相当。”
为了实现这一点，干涉仪中中子束两部分之间的空间尺度是宏观的而非量子的。
“量子理论认为，每一个中子都会同时在两条路径上行进，”物理学家 Niels Geerits 表示维也纳技术大学的物理学家说：“然而，两束部分光束相距几厘米。从某种意义上说，我们正在处理的是一个按量子标准来说巨大的量子物体。”
研究人员使用几种不同的测量方法，在不同时间探测中子束。果然，测量结果过于密切相关，以至于经典的宏观现实规则无法发挥作用。他们的测量结果表明，中子实际上是同时在两条不同的路径上行进的，相隔几厘米的距离。
这只是一系列的 Leggett-Garg 实验这表明我们确实需要量子理论来描述我们生活的宇宙。
“我们的实验表明：自然确实如量子理论所声称的那样奇特。”物理学家 Stephan Sponar 说道维也纳技术大学教授。“无论你提出哪种经典的、宏观现实的理论，它都无法解释现实。没有量子物理，它就行不通。”
该研究已发表于物理评论快报。
