微觀和宏觀的界限在哪?物理學家發現了「量子之王」

2020-11-22 騰訊網

我們的世界被兩大物理規律所支配。在宏觀世界中，我們所遵循的是經典的物理學規律；而在微觀世界中，它們所遵循的是怪異的量子法則。那麼，宏觀和微觀的界限在哪裡？如果給你一個粒子，那麼你如何判斷它會遵守量子力學的規律還是經典的物理法則？

11月17日，一項發表在《AVS Quantum Science》的研究解決了這個難題，他們發現了一種物理上的方法，這種方法可以定義任何物體量子化的程度。最重要的是，這種方法還可以識別系統的最大量子態，這被科學家稱為量子之王。

現實的核心

在亞原子領域，怪異的量子力學佔據了主導作用，許多奇奇怪怪的規則都與我們日常經驗相違背。例如，微小的亞原子粒子可以同時存在著多種狀態，只有當你去觀察它的時候，它才會坍縮成一個狀態，這也造就了著名的「薛丁格的貓」。海森堡的不確定性原理也是很怪異，我們不能同時知道它們的位置和動量。除此之外，有一些量子粒子還會發生隧穿，越過看似無法逾越的屏障。

另一方面，宏觀世界的規律符合我們日常的生活經驗：撞球相互撞擊的軌跡，炮彈沿著拋物線飛行，行星繞恆星公轉的軌道。但是，物理學家認為，根據量子力學的規則，一切物體都要遵循量子力學。也就是說，像撞球這樣的經典物體也是一個秘密的量子系統。

這表明一個連續體，它的一端是「經典」，而另一端是「量子」。而生活中撞球之所以沒有表現量子特性，是因為組成撞球的整個系統的量子概率非常小。

量子化程度的方法

先前進行量子化都是針對特定的量子系統，例如光子和亞原子系統等。但是這些方法不一定適用由原子組成的物體。而量子之王到底意味著什麼，這就是整個研究中最極端的地方，因為它具有很高的數學性而且很難被可視化。眾所周知，數學是一個非常抽象的東西。

但是，聰明的物理學家還是想到了一種方法，利用最簡單的諧波振蕩器，它是類似一種小球綁在彈簧末端做簡諧振動的方法。

如果是經典粒子，那麼它振動到初始位置的時候，它是可以被發現的。但是，如果它是量子粒子的話，根據海森堡測不準原理，它在整個振蕩中是沒有明確的位置並不可能被看見。利用這個方法，科學家可以測出系統的最大量子狀態。

知道系統發揮最大量子作用存在一個基本極限，就像知道光速存在一樣令人興奮。

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