@ 2017.10.12 , 22:30
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量子力学的观察者效应能产生能量?

量子理论最令人困惑的一个方面就是观察者效应,观察和测量某事物——只是观察和测量——无论如何小心,都会以某种方式改变被观察事物的状态。伟大的爱因斯坦反对量子力学的一个理由之一就是:如果所有人都不看天上的月亮,难道月亮就会不存在了?

现在看,很有可能。

研究人员已经通过理论模型发现这种效应可以改变能量流动中粒子的运动方向,使粒子逆流而上。

这一想法最早出现在魏茨曼科学研究所在1998年的一篇著名论文里。该文提出,观察行为改变了电子在通过小孔时的行为。当没有被观察时,它们表现为粒子和波;当存在观察时,它们只能表现为粒子。

研究人员对该现象进行了深入的研究,其中包括一份2011年的文章,证明了当测量其位置时,通过小孔移动的光子的动量受到干扰。

由巴斯克地区大学的ÁngelRubio和马克斯·普朗克研究所PMSD领导的这项最新新研究涉及热运动和粒子的测量。

我们都知道“流动”是如何形成的。构成流体的粒子通常在一个方向上运动——从上到下,或从较高的温度流向较低的温度。但是在量子装置中,该团队发现,观察行为使得粒子可以流向另一个方向。

“我们证明,在标准的热电纳米器件中,电流和热流不仅由温度和电势差决定,而且还受到控制元器件相干性的局部量子观测器的外部作用影响,”研究人员在他们的论文中写道。

“根据观察发生的方式和位置,热运动的分子和电荷的方向可以单独控制,事实上,我们能看出,量子材料中的电流和热流可以抵抗自然界的温差和电压。”

他们发现当量子观测器在某些点测量系统时,它对电流的方向有影响。当没有观察者时,与常识一致,热量从温暖流向向寒冷。当在某个位置观察时,流量被放大了。当在相对位置观察时,携带热量的粒子改变了运动方向,从冷向热移动。

下面,您可以看到艺术家对量子观察者的作用的印象,因为它适用于水流:取决于观察者的位置,以及视线落在图中的哪一部分,水将被赋予不同的流动方向。

量子力学的观察者效应能产生能量?
credit:123RF

这似乎违反了鲁道夫·克劳修斯在1854年热力学第二定律的陈述:“热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体。”

但是按照Rubio的说法,这个模型里没有这样的东西。“其中发生了外力将观察者插入系统,这就变成了某种障碍,就像你要关闭了水龙头。”他解释说。

“显然,如果反向负荷开始增长,那么最终会出现相反方向的流动,换句话说,观察者将系统的状态投射到以相反方向传输电流或能量的状态。

这一发现可用于带有方向控制的量子传输,在纳米级系统中的潜在应用涵盖热电,自旋电子注入,声子和传感等领域。

当然,未来还有很长的路要走,在现实世界中创造用于实际的系统需要相当多的工作。

“从理论的角度来看,我们只是提出了一个简单的模型,理论可以很容易地验证,因为过程中所有的能量和熵都保留在系统里。”卢比奥说。

“通过实验实现这个过程将是另一回事,虽然需要利用到的设备都是已有的,生产出它们也是可行的,但是现在还无法做到受控的实验。”

所以,这些量子在相当一段时间里还可以向着自然的方向前进。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 50+1

  1. 3584847

    哦。。。

  2. 3584860

    嗯,知道了….

  3. 很难受
    @2 weeks ago
    3584880

    每一个字都认识,连在一起却看不懂系列

  4. 3584892

    所以。。月球可能是第一个能仰望天空的生物出现的时候才加载的?

    [119] XX [1] 回复 [1]
  5. 大头
    @2 weeks ago
    3584894

    你不看这篇文章还有搞懂该文章叙所述理论的可能,当你现在看了这篇文章,注定一半的人永远不懂,另一半人只认识每个字!

    [18] XX [1] 回复 [0]
  6. 3584905

    这么扯淡的理论也有人信

    [1] XX [65] 回复 [1]
  7. 3584916

    总觉得是因为现在的观察手段太简陋

  8. hhhhhhha
    @2 weeks ago
    3584930

    我觉得我可以补充一下。量子力学里观测行为对粒子产生的影响和一般人的想象不太一样。一般人通常是把光子和电子都当成经典物理中普通的球,那么观测电子就是用一个光子去撞一个电子,这样当然是会对被观测的电子产生影响。但是量子力学里观测产生的影响还不是这么简单,量子力学里观测会导致被观测粒子的状态发生坍缩,比如说,观测前粒子只有出现在各个位置的概率而没有真正的确定的位置,观测之后粒子才会随机的出现在某个地方。
    我猜这个文章是这么个意思:观测之前,电流中的粒子是处于一定概率往前一定概率往后的状态,观测以后粒子就变成了往前或者往后状态中的一种,如果观测后恰好出现很多往后走的粒子就能明显的观察到现象。

    [37] XX [2] 回复 [0]
  9. 聚首
    @2 weeks ago
    3584935

    @sds:觉得扯淡难道不是因为无知?

    [57] XX [3] 回复 [2]
  10. GulOomBakins
    @2 weeks ago
    3584938

    哇,唯心主义这回可从唯物主义者这里找到科学法宝了

    [12] XX [16] 回复 [0]
  11. 3584960

    充分说明了我们活在虚拟世界。观测之前,所有东西都在内存里,你要观测,服务器就收到了你的请求,然后从内存里把数据抽出来,返回给你一个具体的地址。

    [31] XX [1] 回复 [0]
  12. 三体星人
    @2 weeks ago
    3584965

    感觉是在讲薛定谔的猫。

  13. 3584966

    观察可以发电?这个世界越来越不真实了

  14. 高高狗
    @2 weeks ago
    3584974

    所以说我们离瓶中之脑越来越近了?

  15. SevenYu
    @2 weeks ago
    3584979

    被美女瞟了一眼,脸上顿时火辣辣的。

    [12] XX [0] 回复 [0]
  16. 3584995

    没人观察我,我就不存在了是么

  17. 馒咧个头
    @2 weeks ago
    3585003

    所以说,一个电子不观察时可以同时通过两条缝,如果观察的话,只能通过其中一条缝。蛋疼。

  18. 懵懂小孩儿
    @2 weeks ago
    3585019

    炮姐能出生了?

  19. aptx4869
    @2 weeks ago
    3585027

    那么,究竟是如何知道未被观察时的状态呢?要知道就必须要观察啊。。。

  20. 普利奈尔
    @2 weeks ago
    3585028

    很简单,房间全黑,桌上台球被母球撞到才会发光给你看到,也就是说你看得到的亮台球肯定不在之前不亮时候的位置了。

    [3] XX [11] 回复 [0]
  21. 普利奈尔
    @2 weeks ago
    3585029

    再换句话说就是人类太low,观察一切都需要用到可能会使物质发生变化的手段,我之前台球桌的例子里,人类会觉得台球就是发亮的,不存在不发亮的台球,但是哪天科技提高,大家戴上了夜视仪才发现桌子上有不发光的台球,那时候就是科技大爆炸的时代了。与其说观测会导致物质变化,不如说我们姿势水平太低,人家不变化我们就观测不到。

    [5] XX [13] 回复 [1]
  22. 3585036

    退相干退相干。。。

  23. 食品级怪蜀黍
    @2 weeks ago
    3585047

    宇宙服务器为了减轻负载,只有观测到的东西才会加载呗?

    [23] XX [2] 回复 [0]
  24. 3585051

    色即是空,空即是色;受想行识,亦复如是

  25. 3585052

    色即是空,空即是色;受想行识,亦复如是

  26. 3585085

    When you look long into an abyss,the abyss looks into you

  27. 3585086

    应该是观察设备对被观察对象产生了干扰。毕竟大部分量子层面的观察都依赖设备。

  28. 木哈哈
    @2 weeks ago
    3585104

    胡说八道
    没有被观察时只显示波特性,这个特性是怎么知道的?
    靠臆测?!!!

    [0] XX [17] 回复 [0]
  29. 3585118

    @聚首:

    对量子力学的解释有好多种,看着不靠谱的多了去,但“宇宙只有存在观察者的时候才存在”尤其不靠谱。

  30. Johnny
    @2 weeks ago
    3585203

    @木哈哈: 一是由数学方式推论得知比如麦克斯韦方程组等,二是通过试验展现出波的效应,比如衍射和干涉等。

  31. 脑子坏掉了
    @2 weeks ago
    3585263

    量子力学里的“观察”跟“意识”无关!

    黑盒子里的某个粒子受到盒子的阻挡也算是一种“观察”

  32. 3585268

    会不会其实以前的神秘力量其实是存在的,依存于我们观察者的主观意志,但是现在由于观察者的理性思维,所以巫术啊,神术啊,就统统都不存在了,因为没有了主观意志可以进行依存。这就是信仰吗?没有足够的信徒,就不能体现力量。

  33. 约书亚
    @2 weeks ago
    3585277

    可能是观察设备反射了什么粒子影响的

  34. coldster
    @2 weeks ago
    3585293

    人人都可成为neo,因为我们活在matrix

  35. GATTACA
    @2 weeks ago
    3585299

    你有科学我有神功

  36. Campanella
    @2 weeks ago
    3585310

    月亮mod加载起来挺快啊

  37. 3585318

    量子力学并不是唯心者的宝典,坍缩和观察者意志无关,有实验证明过只要存在获得位置的途径粒子就会坍缩

  38. 3585383

    谁是观测者.如何观测.
    万物都是观测者.相互作用即观测.
    事物都是存在的.只不过观测后才知道在哪.

  39. 缠绵悱恻
    @2 weeks ago
    3585412

    就等着意念具像了~

  40. cyslon
    @2 weeks ago
    3585426

    我先装作不看月亮 然后猛地一回头

  41. 黑猫
    @2 weeks ago
    3585434

    就像我们在后院用火烧一颗子弹,弹头会发射出去,但是我们在烧的时候只知道它会朝某一个大致的方向前进,具体哪个地方不知道,也没法详细预测。
    然后我们在这个大致方向上摆上很多根枪管,看它会钻到哪根枪管里,这就能看(检测)到它的具体方向。可是这个方向其实是我们的枪管赋予子弹的。这就是“量子不确定原则”。
    然而月亮的存在是因为很多颗子弹都朝着一个共同的方向,你再怎么测不准,它也是有一个大概率确定的结果,并不会因为不去测量就不存在。
    就像一座燃烧的弹药库,单看某一颗子弹都是测不准的,可弹药库是存在的。

  42. 脑子坏掉了
    @2 weeks ago
    3585454

    @黑猫:
    一直不太明白经典延迟选择实验到底怎么回事……

    似乎是说:如果我们用屏幕(不能分辨光子从哪条缝通过)记录许多个单个光子通过双缝后的结果会得到双缝干涉图案;而如果临时改用一组可以确定光子从哪条缝通过的镜头阵列,得到的则是两个单缝衍射的简单叠加?

  43. alpha_boy
    @2 weeks ago
    3585457

    70年代有个理论叫客观塌缩,就是说粒子客观存在,互相影响,产生了客观的观测效果,必然引发塌缩,并不是说只有人类这种有意识的生物去观测才叫观测。这个假说解释了为啥宏观上人去撞墙,不会发生墙没倒塌,人无损穿越的情况(如果只是单个基本粒子的话可能会发生这种情况,但大量粒子构成的复合物质不会有这种情况)。

    后来好像也有说法是暗物质的存在会对普通物质产生客观塌缩的影响……

  44. 雒晏
    @2 weeks ago
    3585489

    唉,这个宇宙的模型BUG太多,又被里面的AI智能发现了,要不重来一次吧

  45. zeroan
    @2 weeks ago
    3585523

    @聚首: 说得好

  46. NoroLim
    @1 week ago
    3585706

    不太了解,拿那副插图做比喻是不是恰当呢?毕竟插图的原理是二维绘画逻辑,那么是否能够理解成现在的观察方式效果局限性强,导致还是在理论猜测阶段?

  47. 大灰羊
    @1 week ago
    3586248

    就像游戏里的“过程生成”技术,即时生成…..

  48. wssdll
    @1 week ago
    3586615

    观察也要消耗能量啊

  49. 九方嘉许
    @1 week ago
    3586757

    @脑子坏掉了: 他的比方就是你想知道的经典延迟,因为你的子弹进入了枪管 所以你就知道了子弹的轨迹,我们再扩大一下,如果这个子弹会不停的往返运动,并且在运动中会有随机性,因为你的枪管是有限制的,所以你再测定以后,子弹就会收到枪管的影响运动变得“刻意”,我们拿掉 枪管,那么子弹又开始乱动了,我们又不知道它的运动规律了,这就是测不准。(个人观点)

  50. 称呼太长
    @1 week ago
    3587196

    点开perk mind over body.

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