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量子科學最新發現:原子被盯著時會不動,芝諾效應被證實

量子科學最新發現:原子被盯著時會不動,芝諾效應被證實

量子力學有一個神奇的預言,就是當你觀察一個量子系統的時候,這個系統將被凍結,並且不會發生任何改變。這甚至可以說是量子力學裡最神奇的一個猜想。但長期以來,這也就僅僅是一個預言和猜想而已。但是最近,康奈爾大學的物理學家們通過實驗證實了這一理論。該實驗由Utracold實驗室實施,他們建立了康奈爾大學第一個將材料冷卻至比絕對零度高0.000000001度的研究項目,在真空室里創造並冷卻約10億個銣原子,並利用激光束將這些原子暫停下來。在這種狀態下銣原子會像它們在晶體物質中一樣有序地排列起來。

根據海森堡測不準原理,測量粒子的位置和速度會相互影響。溫度是測量粒子運動的一種手段。在接近絕對零度的低溫條件下,粒子之間的位置相對寬鬆,當你觀察它們的時候,會發現原子既可能在這個地方,又好像在另外一個地方一樣,也就是所謂量子隧穿。

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本次康內爾的研究人員發現他們可以通過觀測來抑制量子隧道貫穿。這就是所謂的「量子芝諾效應」,他們指出量子測量在原則上會使一個量子化系統被反覆測量「凍結」。這是第一個在真實空間中通過測量原子運動觀察到的量子芝諾效應。由於實驗的高控制程度,得以逐漸調整觀察原子的方式,利用這種調整,在這一量子系統中演示一種被稱作『經典透射』的效應,量子效應消失後,原子開始像經典物理預料的那樣行動。

研究人員們通過原子單獨的激光成像來觀察它們。一個光學顯微鏡看不到單個的原子,但激光成像能讓原子發出熒光,顯微鏡能夠捕捉這種光束。當激光成像結束或者將光調暗,原子就能自由地隧穿。但隨著激光束越來越亮、測量越來越頻繁,原子隧穿開始急劇減少。這給了人們一個前所未有的工具來控制量子系統,甚至能逐個地控制原子。這為控制並利用原子量子態從根本上找到了新方法,科學家們能根據這一原理來製造各種新型感測器。

這個實驗讓人們想到,在量子世界,這句話也許是對的:「被盯著的鍋永遠燒不開」。這也帶來了一個更令人深思的結果,如果原子並盯著時不動,僅僅是簡單的量子科學的一個效應還是有更深層次的原因。這又帶來了一個話題,就是古希臘所謂的「萬物有靈」理論,這是亞里士多德曾堅持的一個理論,那麼原子在不動的背後是否還受該理論的支配,就更值得人們研究了。

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