@ 2021.08.21 , 22:53

为何宏观对象没有变成物质波,量子性存在一个大小限制吗

一块不比病毒大的硅晶体,在光束中悬浮——它几乎达到了物理学定律所能允许的最静止的静止状态。

奥地利和瑞士的两支团队独立地成功将这种直径只有100至140纳米的微型纳米粒子冻结在最低能量状态中,使它们的温度实际上只比绝对零度高出几百万分之一,并以超乎寻常的精确度将它们固定在原地。

将一个纳米粒子如此紧密地固定在一个地方只是一个开始。我们的目标是将这些物体放入一个所谓的量子叠加态里——在测量它们之前,不可能说它们到底位于何处。处于叠加状态的粒子可能同时存在于多个位置上,而在你看之前你不知道它会在那里。这也许是最令人吃惊的东西,量子力学似乎坚持认为,我们熟悉的具有明确属性和位置的物质世界,只有通过观察才能产生。

亚原子粒子、原子和被称为光子的无质量 "粒子" 的叠加态早已是公认的事实。但是,由于这种量子效应在粒子与周围环境相互作用时往往非常容易受到干扰,随着物体变大和经历更多的相互作用,建立叠加的难度迅速增加。相互作用往往会瞬间摧毁一个叠加态,使物体进入定义明确的经典物理世界中。

同样,研究人员一直在稳步增加可观察到叠加和相关量子效应的对象的尺寸——从粒子到小分子,然后是更大的分子,现在,他们希望是纳米级的物质块。没有人知道原则上这种量子性的扩展能持续多远。是否像有些人认为的那样,有一个尺寸极限,在这个极限上它就会消失,也许是因为量子行为与重力不相容(重力对原子和分子来说可以忽略不计)?还是说对于量子的大小没有根本的限制?

在量子理论长达一个世纪的历史中,这些问题一直存在。现在,研究人员首次处于能够回答的边缘,也许还能为量子引力指明方向。奥地利因斯布鲁克大学的量子理论家Oriol Romero-Isart说:"我已经在宏观叠加方面工作了10年,”他是该领域的领导者之一,"但现在我们处于一个非常微妙的时刻。在未来的几年里,我们可能会发现宏观世界是否是量子的。”

原文很长,感兴趣可以自行阅读:

https://www.quantamagazine.org/how-big-can-the-quantum-world-be-physicists-probe-the-limits-20210818/


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