最新研究發現:所有物質在量子水平上都具有波粒二象性

2021-01-09 天藍水清好地球

在19世紀初,英國科學家榮格(Thomas Jung)證明了光子-最小的光粒子-具有波粒二象性。隨後,榮格的著名實驗中使光的粒子穿過具有兩個狹縫的障礙物,然後在障礙物後面的牆上形成了幹涉圖像-這種圖像是有波的特點,當它們大量地穿過相同的兩個狹縫時。

一百多年後的1927年,美國物理學家戴維森(Clinton Davidson)和傑默(Lester Jermer)用電子(原子的組成部分)進行了榮格的實驗,結果證明, 有波粒二象性的不僅是光子,而且包括其他物質。該實驗的結果成為了波粒二象性的基礎-不同時候物質會表現出波或粒子的形態。

因此,科學家得出的結論是,在量子水平上,從細菌到恆星,幾乎所有事物都具有波粒二象性。

前幾天,來自奧地利維也納大學和瑞士巴塞爾大學的物理學家發表了一項研究:他們設法用打破紀錄的最大分子(包含2,000個原子)重複了榮格的實驗。該分子被稱為「富含氟烷基硫烷基鏈的低聚四苯基卟啉」(從名字就看出來了)。

問題在於觀察這種大分子的波粒二象性要困難得多,因為物體越重,形成幹涉圖像的波越短。由2000個原子組成的「實驗」分子的重量是一個氫原子的2.5萬倍,其中必須考慮所有因素,包括地球的重力效應。

結果,檢測器檢測到幹涉圖像,並且實驗證明了即使在較大的規模下,物質的量子性質也可以表現出來

「我們的研究結果與量子理論非常吻合,經典物理學無法解釋這個。」該研究的作者寫道.

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    波粒二象性(wave-particle duality)指的是所有的粒子或量子不僅可以部分地以粒子的術語來描述,也可以部分地用波的術語來描述。這意味著經典的有關「粒子」與「波」的概念失去了完全描述量子範圍內的物理行為的能力。
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