科学家早已发现，在量子物理学中，粒子可以感受到它们从未直接接触过的磁场的影响。现在，一项刊登在《科学》杂志上的新研究表明，这种被称为阿哈罗诺夫-玻姆效应的奇异量子现象，不仅适用于磁场，也适用于引力。在经典电磁学中，电场和磁场是负责所有物理效应的基本实体。然而，在量子物理学中，事情变得更加有趣。1959年，物理学家阿哈罗诺夫和玻姆提出了一个“思想实验”，将电磁势与可测量的结果联系了起来。
在这个思想实验中，一束电子被分成两条路径，分别绕着一个圆柱形的螺线圈的两侧运动，磁场被限制在线圈内部。因此这两条电子路径可以穿过一个没有场存在的区域，但这个没有场的区域的电磁势并不为零。阿哈罗诺夫-玻姆效应是一种量子力学效应。在这种效应中，当粒子绕着一个包含磁场的区域运动时，它的相位会发生改变，即便粒子经过的地方的磁场都为零。如今，阿哈罗诺夫-玻姆效应早已经被许多实验验证。
在新研究中，物理学家通过实验证实了引力中也可以出现同样不可思议的物理现象。一直以来，当科学家想要用引力来进行类似的实验时，一个最大的挑战就是相比于电磁力，引力效应实在是太微小、太难以捕捉了。几十年来，物理学家一直在试图设计能够检测这种效应的实验，但直到2012年，由Michael Hohensee带领的团队才构想出了一个可以用当前技术实现的实验方案。
Hohensee等人的想法是，首先制造出超冷原子，然后用脉冲激光束来控制它们的运动，包括让它们进入一个引力势（而不是场）不同于其他位置的区域。如果能够将一个原子分裂成两个物质波，将它们移动到具有不同引力势的区域，再将它们重新拉回一起，就能观察到它们产生的干涉图样，测量它们的相位，从而量化引力阿哈罗诺夫-玻姆效应。
十年后，物理学家Chris Overstreet与他的同事利用原子干涉仪，首次在引力中探测到了阿哈罗诺夫-玻姆效应。在新的实验中，他们制造了一个“原子喷泉”，将超冷铷原子发射到一个10米高的真空管中，让原子在管中做自由落体运动。研究人员通过在不同的时间发射一系列激光脉冲来控制原子喷泉，从而对这些原子波包进行分裂、定向、重组，使得每个原子可以同时处于两条路径的量子叠加态中。
当原子重新聚集在一起产生干涉图样时，研究人员就可以从两条路径的干涉信号中，读取到它们所经历的相位变化的差异。值得注意的是，这些原子并不是在一个没有引力场的区域内飞行。相反，这个实验的设计是为了让研究人员能够过滤掉引力的影响，只显示奇异的阿哈罗诺夫-玻姆效应。
这是一种非常微小的、难以捕捉的现象，但在足够灵敏的原子干涉术的帮助下，物理学家探测到了这种变化。
如此一来，新的实验不仅在新的设定下重现了奇异的阿哈罗诺夫-玻姆效应，也展示了引力系统中可能蕴含着许多微妙效应的潜力。此外，通过这一实验，研究人员还注意到观测到的相移与原子的质量成正比，这些相位变化取决于普朗克常数（h）和牛顿的引力常数（G）。引力常数G是一个揭示了引力强度的自然常数，然而到目前为止，我们对它的认识远不如其他基本自然常数那么精确。
研究人员认为，新研究中所使用的原子干涉仪装置，将可以被用来更好地测量引力常数的值。广义相对论和量子力学是这个实验的两个基础理论。一直以来，物理学家都希望能够将它们结合起来描述现实。新的结果是一项了不起的成就，它显示的是量子力学在引力作用下的巨大胜利，虽然这还不足以证明引力本身的量子本质，但也许有一天，物理学家会实现这个目标。