选自量子杂志 | 机器之心编译 | 作者：Daniel Garisto
当量子世界的数学基础遭遇颠覆性挑战，物理学家们正在重新审视一个存在近百年的疑问：虚数i是否只是人类对自然规律的误解？2025年最新研究显示，这个困扰埃尔温·薛定谔等物理学巨匠的问题，可能迎来根本性突破。
1926年，薛定蹔方程的诞生标志着量子力学正式确立。但这位理论奠基人很快发现方程中那个神秘的虚数单位i（√-1）令人不安。"现在的形式无疑显得粗糙，"他在笔记中写道，这个本应描述真实物理世界的方程，却依赖着平方后为负数的数学虚构。
尽管后续实验不断验证量子理论的正确性，但虚数i始终像根刺扎在物理学家心头。威廉姆斯学院量子信息理论家Bill Wootters指出："量子理论是首个将复数置于核心地位的物理理论。"这种数学结构完美解释了波函数的叠加与干涉现象，却始终缺乏直观的物理对应。
转折点出现在2021年。日内瓦大学Nicolas Gisin团队在《自然》杂志发表突破性研究，他们设计的增强版贝尔实验首次为虚数i的必要性提供了实验证据。这个涉及三粒子纠缠的复杂实验显示：实数理论预测的粒子关联性存在明确上限，而实际测量结果远超这个阈值。
中国科学技术大学团队随即完成实验验证，结果以压倒性优势支持复数理论。"这似乎终结了争论，"Gisin当时表示，"复数不再是计算工具，而是量子世界的本质特征。"
然而今年3月，德国理论团队在arXiv发布颠覆性论文，他们通过重构量子态组合规则，建立了与标准理论完全等价的实数版本。"这就像发现欧几里得几何的非欧替代方案，"研究负责人Michael Epping解释，"我们证明了实数理论可以复制所有量子现象，只是需要更复杂的数学框架。"
法国团队随后提出更简洁的实数表述，将两粒子系统的描述参数从复数形式的4个缩减为实数形式的8个（虽多于复数但远少于此前提出的16个）。这些研究共同指向一个惊人结论：虚数i可能只是人类为简化计算发明的脚手架。
争论在9月迎来新高潮。Google Quantum AI团队宣布实现无T门量子计算，这种关键逻辑门依赖复数旋转特性。Craig Gidney的突破性算法证明，任何量子程序都可通过实数运算模拟，彻底移除了复数的计算必要性。
但实数理论的胜利并非毫无代价。中国科大陆朝阳教授指出："复数理论的形式简洁性无可替代。"实数版本需要额外引入旋转矩阵等结构来模拟虚数功能，这种冗余性让许多物理学家怀疑：我们是否在用更复杂的实数语言重复复数理论？
这场争论已超越纯数学范畴。罗格斯大学哲学教授Jill North提出："为什么复数如此契合量子力学？"她认为自旋等量子特性可能蕴含着复数结构的深层原因。牛津大学Vlatko Vedral则呼吁寻找更基础的公理体系："我们需要从第一性原理重新推导量子力学。"
尽管实数理论在数学上自洽，但多数研究者认为复数形式仍将主导教学与研究。正如Wootters总结："移除虚数i就像用罗马数字重写微积分——可能但没必要。"这场持续百年的辩论，或许最终揭示的不仅是量子力学的本质，更是人类认知自然的根本方式。
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