2026年4月20日——在奇妙的量子世界中，粒子会受到从未直接接触之力的影响。阿哈罗诺夫-玻姆（AB）效应就是典型例证：即便电子并未穿过磁场，仍会受到磁场影响。虽然该效应早在1959年就被预言，但实验验证却耗费了二十余年，因为电子波特性的特定变化只能通过极其困难的间接手段来推断。

近日，冲绳科学技术大学院大学（OIST）联合奥斯陆大学与阿道夫·伊巴涅斯大学的物理学家，通过一个简单的水箱平台，用经典流体模拟再现并拓展了AB效应。这项发表于《通讯-物理学》的研究显示：当从相反方向向涡旋发送水波时，会产生惊人的图案——一条或多条瞬时静止的水线呈放射状向外延伸，并以近乎催眠的方式旋转。

“这是全新且意想不到的现象，”该研究共同第一作者、非线性与非平衡物理单元博士生阿迪亚·辛格表示，“正是这种流体模拟系统的价值所在。它揭示了量子实验中无法观察到的拓扑效应——即贯穿整个系统的波动行为。”

贝里研究的起点

该团队的灵感源自理论物理学家迈克尔·贝里1980年的研究，他首次证明AB效应可在经典流体系统中模拟。量子版本中，电子绕行被称为螺线管的紧密盘绕导线。当电流通过螺线管时，会产生局限于线圈内部的磁场。但即便在磁场为零的螺线管外部通过的电子，其波相位仍会受到影响。

贝里的实验中，水箱排水口形成的涡旋替代了螺线管。他让水波（而非电子）横穿水箱绕行涡旋。这些行进波产生了独特畸变——以涡旋为中心的三叉戟状图案，标志着其相位变化。

“当波反向传播时，你会看到镜像图案，”共同第一作者、OIST前博士后乔纳斯·伦宁补充道，“我们的问题是：如果同时从两个方向发送波浪会发生什么？原以为图案会相互抵消，或同时显现两个三叉戟状图案，但直觉完全错了。”

从行波到驻波

实验中，研究者在特制大型水箱中央制造涡旋，并从两侧同时生成相向传播的波浪使其相遇干涉。通过底部照明与高速摄影，团队能追踪整个水箱波纹图案的实时变化。

无涡旋条件下，相向波浪干涉会形成可预测的驻波图案，波浪看似固定不动。这些图案包含被称为波前的静止线，其波浪相位相同。

但加入涡旋后出现意外转折。由于涡旋导致波相位偏移，驻波相互干涉方式随之改变，产生了波高为零的旋转线——即节线。

“初见此现象时，我们以为是实验伪影，”辛格回忆道，“但当模拟中再现相同结果时，我们立即暂停所有工作，快速推导出背后的数学原理。”

这些节线表现出有趣特性：始终与涡旋反向旋转，且数量随涡流强度增加而增多。

在发现的早期阶段，尚不清楚这些节线是否具有实用价值。但对项目负责人、资深作者马赫什·班迪教授而言，真正吸引力在于该经典模拟系统为未来研究开辟的无限可能。“一个方向是引入多个涡旋并排列成晶格，使系统更复杂，”班迪指出，“这种设置能模拟某些超导材料条件，让水波表现出超电流特性。我们尚不知会观察到什么——这正是研究的价值所在。”

从更广视角看，该成果彰显了简单经典模拟揭示量子世界新认知的威力。“理论家可能预测这些效应，但量子实验无法观测，”他强调，“而通过此类模拟系统，我们做到了。”