量子力学中不确定原理最重要吗？不，相位才是最重要的

本文要跟各位小伙伴讨论的是量子力学中比不确定原理更重要的相位问题，这也是今天量子力学发展的最前沿的问题。正是因为量子力学的相位，才有了量子力学的相干叠加，才有了不同于平常世界1+1=2的量子世界的千奇百怪。

1959年，阿哈罗诺夫和玻姆发表了一篇论文，其中提到在电子的双狭缝衍射实验中，波函数Ψ的相位可能会受到磁矢势效应的影响。波函数相位在量子理论里不是可测量物理量，但是相位差可以透过干涉实验来测量。因此此矢势引起的相位差可以透过在电子双缝干涉实验的双缝后加入磁场观察。1960年，实验物理学家钱伯斯就做了这个实验。它证明了磁矢势的重要性，是量子力学和电动力学发展史上的重要实验，后来这个实验被命名为AB效应实验。

AB效应实验装置

“A–B”这个名称取自设计这个实验的两位理论物理家亚基尔·阿哈罗诺夫（Yakir Aharonov）和大卫·玻姆（Bohm）姓名的首字，前者因这个实验而得到1998年沃尔夫物理学奖。巧合的是，物理学家也用A表示矢势，B表示磁场，赋予A–B 效应这个名字更加深刻的含义。

在上面那个实验装置图中，红色那个盒子是电子源。跟之前的电子双狭缝衍射实验不同的地方是在B的位置上放置了一个通电螺线管，磁场被封锁在管内。

实验先在没有B的情况下进行，在屏的位置接收干涉图样。然后再加入B，B是一个小范围的，非常靠近挡板的螺线管，所以不会阻挡到电子的运动。从理论上说电子并没有经过磁场，屏幕上的干涉条纹不应该发生什么变化。但是实验结果令人震惊，屏幕上的条纹改变了，电子的运动发生了变化。

这个实验提供了一个颠覆性得结论，那就是我们仅仅用磁感应轻度描述磁场是不完备的，磁矢势也会有物理实在。为什么屏幕上的条纹亮度发生了变化，当然肯定是有电子数的增减。从电子的波粒二象性角度来说，这就是相位产生了作用，发生了相干叠加和减弱的情况。这个实验就是在证明这一点。

在波的叠加中，不是简单的振幅的叠加，而是必须考虑到相位的相干叠加。这种叠加跟机械波那种单纯1+1=2不同，而是x≤1+1≤y这种形式，具体数值需要看所处的相位。AB效应的结果就是改变了电子的相位，使得原来处于相干相长的地方发生了相干相消，从而改变了屏幕上的条纹图样。

AB效应实验的发现极大地促进了量子力学的发展。这之后关于量子力学相位的研究开始增加，1984年英国物理学家贝利发现在几何相中的一种依赖于含时参量的相位，称为贝利相，更是带动了其它领域如量子信息、凝聚态、量子光学等领域的飞速发展。

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