物理學家有時說，光束在空間中傳播就像一條“巨大的煙霧龍”。人們可以知道光來自哪裡（龍的尾巴）以及在哪裡被看到（龍的頭），但仍然對兩者之間的旅程（龍的神秘、模糊的身體）知之甚少。當光從光源傳播到探測器時，它可以表現為粒子或波——或者，自相矛盾的是，同時表現為這兩種狀態或兩者都不是。現在，一項使用射向低地球軌道衛星的雷射束進行的實驗證實，關於光本質的這種奇異細節在破紀錄的距離上仍然成立。
量子物理學是對所有已知粒子行為的最佳描述，它表明現實在其最基本的層面上是模糊和不確定的。例如，被稱為疊加的超現實量子效應本質上允許電子、原子和宇宙的其他組成部分同時存在於兩個或多個位置。
另一個奇怪的量子現象是波粒二象性。艾薩克·牛頓認為光是由粒子組成的，而他的同代人，荷蘭科學家克里斯蒂安·惠更斯則認為光是由波組成的。最終，研究人員進行了所謂的雙縫實驗，證明了牛頓和惠更斯都是正確的——光子既可以表現為粒子，也可以表現為波。
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雙縫實驗涉及將單個光源穿過不透明板上的兩個相鄰狹縫，並照射到探測螢幕上。如果實驗者關閉一個狹縫，穿過另一個狹縫的光將在螢幕上形成一個條紋——就像光表現為粒子流一樣。但是，如果實驗者讓兩個狹縫都開啟，則光不會形成兩個這樣的條紋。相反，它會在螢幕上產生一系列明暗條紋，就像光波穿過狹縫並相互干涉一樣。明亮的條紋表示光波相互加強的位置，而黑暗的條紋表示它們相互抵消的位置。值得注意的是，即使光子一次一個地投射到狹縫上，這種干涉模式也會實現。
量子物理學解釋這些令人困惑的結果的方式是，用於檢測光的儀器決定了其作為粒子或波的狀態。在描述這種情況時，美國物理學家喬納森·惠勒在1983年提出了現在著名的“大煙霧龍”的比較。
為了研究光在被檢測到時如何“選擇”成為粒子或波，惠勒構思了延遲選擇實驗。在實驗中，一種稱為分束器的光學裝置為單個光子提供了兩條路徑。在每條路徑的末端都有一個探測器。如果光子表現得像粒子，它有相同的機會選擇任何一條路徑並被任何一個探測器看到。如果光子改為表現得像波，它將同時採取兩條路徑並在兩個探測器中都註冊。
當實驗僅包含一個分束器時，單個光子將選擇任何一條路徑，並且只有一個探測器會看到它。這表明光子在分束器處做出了“選擇”表現得像粒子的“選擇”。然而，分束器也可以反向作用，將兩個光子合併為一個；如果實驗在將路徑引導到探測器之前，讓路徑在第二個分束器處會合，結果將是光子作為波相互作用並相互反應的干涉模式。即使在光穿過第一個分束器後但在到達探測器之前的那一瞬間引入第二個分束器，這種情況也成立。
自惠勒提出這個實驗以來的幾十年裡，科學家們已經成功地進行了這兩個版本的實驗。如果光子“延遲”做出成為粒子或波的選擇直到它真正被檢測到，那麼它的結果是有道理的。另一種情況會表明，如果光子遇到一個分束器，它可能會以某種方式決定成為一個粒子，但如果它遇到第二個分束器，它會改變它的決定併成為一個波。
歷史上，所有的延遲選擇實驗都是在地球上進行的。但現在，科學家們越來越多地進行涉及在廣闊的太空中發射雷射的量子實驗。義大利帕多瓦大學的量子物理學家保羅·維洛雷西和他的同事們希望驗證光的二元性是否仍然在地面和低地球軌道衛星之間的距離上成立。“正如伽利略——他的大部分工作都是在帕多瓦大學完成的——所說，‘我們必須在新的背景下證明我們所知道的定律’，”維洛雷西打趣道。
維洛雷西和他的同事們使用義大利的馬泰拉雷射測距天文臺，透過向 Beacon-C 和 Starlette 衛星發射綠色雷射脈衝來進行惠勒的延遲選擇實驗，這些衛星將光子反射回天文臺。衛星距離天文臺最遠時為 1,771 公里（1,100 英里）。
“距離很重要，”紐約羅切斯特理工學院的天體物理學家布萊恩·科伯萊因解釋說，他沒有參與這項研究。“在單個實驗室中，你可以爭辯說，實驗者可能在某種程度上影響了結果。但在更大的距離上，沒有明確的方法可以影響結果。”
科學家們沒有讓光子沿著兩條長度相等的獨立路徑傳播，而是測量了每個光子的兩個不同方面——每個光子在空間中如何振盪，以及它到達探測器的路徑是較短還是較長。維洛雷西說，他們的結果證實了光在比以前顯示的大幾十到數百倍的距離上具有奇怪的量子行為。該團隊的研究結果於 10 月 25 日發表在《科學進展》雜誌上。
“這項工作進一步證實了量子力學確實是‘大煙霧龍’的描述，”科伯萊因說。“它可能很奇怪，但在邏輯上和數學上是一致的。”
除了在空前距離上測試光的量子特性外，維洛雷西指出，在太空中進行的量子物理實驗可能有助於建立由近乎無法破解的量子密碼學保護的基於衛星的電信網路。透過闡明此類實驗中光子的基本特性，就像本研究中所做的那樣，“量子通訊中可能會有更大的頻寬的直接應用，”維洛雷西說。的確，巨大的煙霧龍有一天可能會在它們的嘴裡攜帶秘密。