微观和宏观的界限在哪?物理学家发现了“量子之王”

  • 2022-08-07
  • John Dowson

微观和宏观的界限在哪?物理学家发现了“量子之王”

  我们的世界被两大物理规律所支配。在宏观世界中,我们所遵循的是经典的物理学规律;而在微观世界中,它们所遵循的是怪异的量子法则。那么,宏观和微观的界限在哪里?如果给你一个粒子,那么你如何判断它会遵守量子力学的规律还是经典的物理法则?

  在亚原子领域,怪异的量子力学占据了主导作用,许多奇奇怪怪的规则都与我们日常经验相违背。例如,微小的亚原子粒子可以同时存在着多种状态,只有当你去观察它的时候,它才会坍缩成一个状态,这也造就了著名的“薛定谔的猫”。海森堡的不确定性原理也是很怪异,我们不能同时知道它们的位置和动量。除此之外,有一些量子粒子还会发生隧穿,越过看似无法逾越的屏障。

  这表明一个连续体,它的一端是“经典”,而另一端是“量子”。而生活中台球之所以没有表现量子特性,是因为组成台球的整个系统的量子概率非常小。

  先前进行量子化都是针对特定的量子系统,例如光子和亚原子系统等。但是这些方法不一定适用由原子组成的物体。而量子之王到底意味着什么,这就是整个研究中最极端的地方,因为它具有很高的数学性而且很难被可视化。众所周知,数学是一个非常抽象的东西。

  但是,聪明的物理学家还是想到了一种方法,利用最简单的谐波振荡器,它是类似一种小球绑在弹簧末端做简谐振动的方法。

  如果是经典粒子,那么它振动到初始位置的时候,它是可以被发现的。但是,如果它是量子粒子的话,根据海森堡测不准原理,它在整个振荡中是没有明确的位置并不可能被看见。利用这个方法,科学家可以测出系统的最大量子状态。

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