「量子回流」現象:房間站滿「量子人」,發現房間的人會越來越多

2021-01-09 科技與生活視野

「力」是經典力學的核心。物體之間的相互作用就是力。力是一種矛盾的存在,有作用力必有反作用力。力能夠改變物體運動的狀態。如果作用力與反作用力大小相等,物體就保持靜止或勻速運動狀態;如果作用力與反作用力大小不相等,物體就會作加速運動。總之,物體要改變運動狀態,必須要受力。

然而,在微觀量子世界中,科學家發現了一個不可思議的現象一個微觀粒子可以不受力,也可以改變運動狀態。

在電子雙縫幹涉實驗中,科學家在雙縫之間加入一根磁鐵絲。

實驗之前,科學家推測:如果依據經典電動力學,電子並沒有受到磁場的力,它的運動狀態不會受到影響,底片上的幹涉條紋也不會受到磁鐵絲的任何影響;如果依據量子力學原理,則電子要受到外面的一個矢量勢的影響,會造成底片上幹涉條紋的移動。

實驗結果出來之後,科學家們發現底片上的幹涉條紋產生了明顯的移動,說明依據量子力學的推斷才是正確的。

科學家們一直在不斷地改進這個實驗,精密度越來越高,對量子力學的驗證也越來越準確。

這個實驗,經典力學無法解釋,量子力學則可以用矢量勢來解釋。

通過這個實驗,科學家們發現:受力分析對微觀粒子來說,不再是最有效的研究方法了。

在微觀量子世界中,科學家發現了一種奇特的「量子回流」現象。

在操場上放一個足球,你一腳踢上去,它就會沿著你用力踢出的方向移動。如果將那個宏觀足球換成微觀「量子足球」,「量子足球」則很有可能會倒退回來。物理學將微觀量子世界出現的這種反常現象,稱為「量子回流」。

倫敦帝國理工學院理論物理學家喬納森·哈利維對「量子回流」現象作了一個生動的比喻:假如一個房間裡面站滿了人,你指揮他們慢慢離開房間,按照常理,房間裡面的人數應當逐漸減少;如果房間裡面站滿的是「量子人」,你則會發現房間裡面的人數很可能會越來越多。

在此之前,科學家一直認為,只有在不受任何外力作用的情況下,才會出現「量子回流」現象。最新科學研究表明,「回流」是微觀量子世界的普遍現象,不管微觀粒子是否受到外力作用,都有可能會出現「量子回流」現象。「量子回流」現象,與其受力無關。

微觀粒子的運動狀態具有波動性和概率性,即使外界施加給微觀粒子正向的動量,仍然存在著一部分微觀粒子作反向運動的趨勢和概率。

對於「量子回流」現象,目前還處在理論探索階段,尚未在實驗室內模擬出真實的「量子回流」。科學家計劃採用玻色—愛因斯坦凝聚物為原料,對「量子回流」現象做進一步研究。

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