這種奇特的材料能連接經典物理學和量子力學

雖然經典物理學和量子物理學如此截然不同，但還有一個更大的問題困擾了物理學家幾十年：這兩種對立觀點的聯繫是什麼？為什麼經典物理學的基本定律在量子層面無法適用？這兩大物理學能調和嗎？

現在，由於新開發的一種材料，科學家可能正在接近答案，因為他們設計了一種方法使量子力學能在肉眼上可見。

約來自翰霍普金斯大學的研究團隊發現了一種跨越這兩種領域的特殊材料。通常物理學家會認為量子力學是一種研究微觀粒子世界的理論，但是在科學家開發的新系統中，量子力學在宏觀尺度上現象。

拓撲絕緣體

在這項發表於《科學》（Science）雜誌上的新研究中，科學家所開發出的新材料是一種拓撲絕緣體。這種類型的材料最初是在20世紀80年代預測的，自2007年以來科學家研發出了不同變種。

拓撲絕緣體很特別，因為它們在其外層上是導電的，但在內部它是絕緣體。這意味著電子只能沿著材料的外部流動，導致它們表現出一些非常奇怪的行為。

對於這項新實驗，研究團隊研發出了由鉍和硒元素製成的拓撲絕緣體，大約為指甲厚度。於此，這兩種元素讓物理學家首次能在更大的尺度上觀察到量子現象。

具體來說，研究人員向這些絕緣體發送了一束太赫茲輻射（又稱T射線，是一種不可見的光譜，1太赫茲=1萬億赫茲），然後測量行進中的T射線。結果發現，在通過拓撲絕緣體時，T射線出現了輕微旋轉變化——這種效應通常只能在原子尺度上觀察到。

甚至，物理學家所觀測到的變化量可以使用量子力學來進行精確地預測。這是科學家首次在宏觀尺度上見證了量子現象出現在拓撲絕緣體中，表明量子物理學和經典物理學之間存在一個可預見的聯繫。物理學家已經苦苦追尋這種聯繫幾十年了，這是作為尋找難以捉摸的「萬物理論」的一部分。

大統一理論

簡單來說，科學家們知道，量子世界的規則——它解釋了在極小尺度上的粒子行為——必定以某種方式與日常所用的經典物理學相聯繫。

但問題是，這種聯繫難以捉摸。許多經典物理學的定律在量子層面上失效。例如，主宰宏觀的引力似乎根本就不影響量子系統，並且經典物理學也無法解釋量子糾纏的「幽靈般的超距離作用」。

在尋找大統一理論的道路上，這項新研究無疑朝著正確方向邁出了重要的一步。

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