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量子力学奇怪特性:无论外力如何 粒子总有后退趋势

发布时间:2020-05-22 11:20:14
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日期:2017-07-25 10:58:45来源:物联中国 点击:512次 核心提示:7月25日消息,据国外媒体报道,你的身高体重能像今天这样,可以说十分幸运。假如人类的身高只有现在的1015分之一,体重只有现在的10 0分之一,生活就会十分不便。如果你推某样东西,它就会向前移动。以人类的体量来看,这是理所应当的。但一组研究人员意识到,量子世界中的情况并非如此。无论对粒子施加何种外力,它们都可能...

7月25日消息,据国外媒体报道,你的身高体重能像今天这样,可以说十分幸运。假如人类的身高只有现在的1015分之一,体重只有现在的10 0分之一,生活就会十分不便。如果你推某样东西,它就会向前移动。以人类的体量来看,这是理所应当的。但一组研究人员意识到,量子世界中的情况并非如此。无论对粒子施加何种外力,它们都可能向后移动。

“我们想证明这是一种普遍存在的量子力学效应,”该研究的主要作者、慕尼黑理工大学的丹妮埃拉·卡达姆罗(Daniela Cadamuro)表示,“无论是否存在外力,即使动量为正,粒子总有向后运动的可能性。”

量子力学的核心性质之一是,微型粒子具有波粒二象性。科学家已经通过实验证明了这一点:如果让粒子逐个通过狭缝,在后面的屏幕上便会成点状分布;但在放出大量粒子之后,屏幕上便会留下波的痕迹。

这意味着科学家需要用概率论知识解读单个粒子的行为。而为了更好地描述量子力学,需要对概率论进行微调。虽然单从理论来看不难理解,但从本能出发、你很难将它套用到移动的物体上。科学家借此提出了“回流”效应(backflow),这和下水道回流可不是一回事。

帝国理工学院理论物理教授乔纳森·哈利威尔(Jonathan Halliwell)并未参与此次研究。他对“回流”效应的解释如下:

“假设有一个很大的房间、里面挤满了人,我要求他们都向门走去、离开房间。从经典物理来看,房间里所有人的总质量会稳步下降。但在量子力学中,房间里的人的总质量反而会增加,尽管每个人的运动速度都方向向外、数值为正。”

有些人认为这是前文提到的、在描述量子力学时对常规概率论规则进行微调的缘故。每个粒子都拥有一个独特的等式,我们可以从中了解它的各种特性、以及这些特性出现的概率。但经过调整之后,概率值便有可能为负。这听上去简直不可思议,毕竟你从来不会说“一枚硬币正面朝上的概率为负50%”。而在这个例子中,负概率便意味着正离开房间的人其实是转身走了进去。

该研究作者之一、约克大学的汉宁·博斯特尔曼(Henning Bostelmann)解释道,他们发表的论文是数学计算的结果,对粒子在经受任何外力时都会出现的“回流”现象进行了归纳。但卡达姆罗指出,他们的计算仅适用于一维空间中的粒子。就像哈利威尔所举的例子中,人们只能前进或后退。他们的论文也并未考虑粒子除动量之外的其它特性。

该效应尚未进行实验室测试,一些研究人员正在设计合适的实验装置。一支团队建议使用玻色·爱因斯坦凝聚态开展实验。这是低温原子的一种特殊聚集状态,使大型系统也可以出现量子力学效应。但此次研究结果本就意义重大。“这是对量子力学基础的一次重要测试。”卡达姆罗指出。她对数学更感兴趣,但她认为,此次研究对量子计算领域也具有重要意义。

除了该研究团队自己列出的局限性之外,哈利威尔并未发现其它问题。他认为回流现象确实存在,但还需进一步实验验证。

“关键在于,要尽快设计出令人信服的测试实验,然后说服某人去开展实验!”

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