除了薛定谔的猫、测不准原理和量子纠缠,还有

 新闻资讯     |      2020-06-05 09:25

你可能听说过薛定谔的猫和海森堡的不确定性原理,甚至可能是量子纠缠等概念,这些量子现象试图以无限小的尺度解释世界,并且自从它们被发现以来在本世纪左右已经相对众所周知。但除了这,还有许多奇异的量子效应仍然模糊不清。我们来看看其中最有趣的五个。

让我们从经典的薛定谔猫的情况开始。在这个着名的思想实验中,一只猫被困在一个放有放射性物质的盒子里; 如果放射性物质衰变,辐射会触发一个释放毒气的探测器,然后猫被杀死。

但是在我们检查内部以测量结果之前,盒子的内容同时处于两种状态:一种是猫是活着的,而另一种则是猫死了。在我们看一眼的那一刻,事情才确定了,这只猫已经死了,或者活着已经去了另一个世界。

但如果你巧妙地每秒偷看盒子数千次以观察放射性物质,你可能会改变它的行为。根据你观察的方式,结果可能是延迟衰变(称为量子芝诺效应)或加速它(量子反芝诺效应)。这种效应的名字源自古希腊哲学家芝诺,他在一系列逻辑悖论中,“证明”这种运动是不可能的,因为任何距离都可以切成一个无限数量的较小距离。

薛定谔的猫是量子物理学中一个奇怪的想法的例子:状态叠加。这基本上说物体可以同时存在于两种或更多种状态,而一只即活着又死了的猫不是你在现实生活中可能看到的东西,实验室里的物理学家经常利用电子的自旋状态来制造这种叠加态。

基于这一想法,科学家们已经证明,被称为中微子的幽灵粒子可以同时存在在两个或多个状态。中微子是亚原子粒子,几乎不与物质相互作用(每秒有数万亿个中微子穿过通过你的身体),当它们在空间中穿行时,它们可以在不同的自旋方向之间快速振荡,从一种状态出发,并以另一种状态到达目的地。

但这种转变并不简单。研究表明,在穿行宇宙的过程中,中微子没有明确的自旋方向,它们处于多种状态的叠加状态。

Hong-Ou-Mandel 效应描述了两个光子在分束器中相互作用的奇怪方式,分束器是一种将光束分成两束的光学装置(类似半透半反射镜),就像棱镜一样。当光子进入 50:50 分束器时,它可以反射或通过,每种可能性的可能性为 50%。

上面的光子被反射,下面的光子被传输;两者都传播;两者都反映出来;传输上面的光子并反射下面的光子。奇怪的是:因为光子是相同的,我们无法区分可能性 2 和可能性 3,因此相同的光子只是相互抵消了。

研究极其致密和强磁化的中子星的天文学家最近发现了一种称为真空偏振折射的量子效应的第一个证据。这是 20 世纪 30 年代首次假设的,当量子理论预测真空根本不是空的。更确切地说,它充满了瞬间出现又瞬间湮灭的虚拟粒子。

通常我们会期望光通过空间的真空不变,但事实证明,像中子星周围的那些极端磁场可以在真空中改变这些虚拟粒子的特性并影响通过的光的偏振。当光线到达地球上的望远镜时,我们可以在宏观层面上看到这种量子效应的结果。

想象一下,在你的烤箱里放入一块蛋糕进行烘烤,但后来才发现蛋糕的中间没有烤熟,因为烤箱的部分区域温度没有达到需要的温度。

我们知道热量有从温度高的地方流动到温度低的地方的特性,使房间或物体均匀升温。在量子物理学中,情况并非总是如此。研究发现,石墨烯的温度表现奇怪,石墨烯是一种由单层碳原子制成的非凡材料。携带热量的电子以波浪形式传播出去,这些波纹意味着石墨烯中的某些斑点仍然保持冷却,而其他斑点则会升温。

令人兴奋的是,我们可以控制这种热涟漪的大小,以便用热显微镜观察它们,让科学家们了解量子水平的温度有什么样的特性。如果我们能够利用这种特性,可能会在计算机、医学和环境监测等方面得到广泛的应用。