量子力學奇怪特性：無論外力如何 粒子總有後退趨勢

無論對粒子施加何種外力，它們都可能向後移動。

據國外媒體報道，你的身高體重能像今天這樣，可以說十分幸運。假如人類的身高只有現在的1015分之一，體重只有現在的1030分之一，生活就會十分不便。如果你推某樣東西，它就會向前移動。以人類的體量來看，這是理所應當的。但一組研究人員意識到，量子世界中的情況並非如此。無論對粒子施加何種外力，它們都可能向後移動。

「我們想證明這是一種普遍存在的量子力學效應，」該研究的主要作者、慕尼黑理工大學的丹妮埃拉·卡達姆羅（Daniela Cadamuro）表示，「無論是否存在外力，即使動量為正，粒子總有向後運動的可能性。」

量子力學的核心性質之一是，微型粒子具有波粒二象性。科學家已經通過實驗證明了這一點：如果讓粒子逐個通過狹縫，在後面的屏幕上便會成點狀分布；但在放出大量粒子之後，屏幕上便會留下波的痕迹。

這意味著科學家需要用概率論知識解讀單個粒子的行為。而為了更好地描述量子力學，需要對概率論進行微調。雖然單從理論來看不難理解，但從本能出發、你很難將它套用到移動的物體上。科學家藉此提出了「迴流」效應（backflow），這和下水道迴流可不是一回事。

帝國理工學院理論物理教授喬納森·哈利威爾（Jonathan Halliwell）並未參與此次研究。他對「迴流」效應的解釋如下：

「假設有一個很大的房間、裡面擠滿了人，我要求他們都向門走去、離開房間。從經典物理來看，房間里所有人的總質量會穩步下降。但在量子力學中，房間里的人的總質量反而會增加，儘管每個人的運動速度都方向向外、數值為正。」

有些人認為這是前文提到的、在描述量子力學時對常規概率論規則進行微調的緣故。每個粒子都擁有一個獨特的等式，我們可以從中了解它的各種特性、以及這些特性出現的概率。但經過調整之後，概率值便有可能為負。這聽上去簡直不可思議，畢竟你從來不會說「一枚硬幣正面朝上的概率為負50%」。而在這個例子中，負概率便意味著正離開房間的人其實是轉身走了進去。

該研究作者之一、約克大學的漢寧·博斯特爾曼（Henning Bostelmann）解釋道，他們發表的論文是數學計算的結果，對粒子在經受任何外力時都會出現的「迴流」現象進行了歸納。但卡達姆羅指出，他們的計算僅適用於一維空間中的粒子。就像哈利威爾所舉的例子中，人們只能前進或後退。他們的論文也並未考慮粒子除動量之外的其它特性。

該效應尚未進行實驗室測試，一些研究人員正在設計合適的實驗裝置。一支團隊建議使用玻色·愛因斯坦凝聚態開展實驗。這是低溫原子的一種特殊聚集狀態，使大型系統也可以出現量子力學效應。但此次研究結果本就意義重大。「這是對量子力學基礎的一次重要測試。」卡達姆羅指出。她對數學更感興趣，但她認為，此次研究對量子計算領域也具有重要意義。

除了該研究團隊自己列出的局限性之外，哈利威爾並未發現其它問題。他認為迴流現象確實存在，但還需進一步實驗驗證。

「關鍵在於，要儘快設計出令人信服的測試實驗，然後說服某人去開展實驗！」（葉子）

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