打破牛顿定律？
一颗成熟的苹果从树上掉下来，启发了艾萨克·牛顿爵士提出了一种描述受力物体运动的理论。牛顿的运动方程告诉我们，一个移动的物体在直线上运动，除非有任何干扰的力改变了它的路径。牛顿定律的影响在我们的日常生活中无处不在，从使跳伞者落到地球表面的引力场，到在加速的飞机中所感受到的惯性效应，再到地球围绕太阳的公转。 elFtBnL'
S7L=#+Z
[attachment=77372] T2!6(,
s9
因斯布鲁克大学的物理学家观察到一维原子气体中一个有趣的来回振荡运动。 @>)r}b
然而，在量子世界中，我们对于移动物体的直觉受到了强烈的挑战，有时甚至是完全失效的。想象一下如果一颗在水中下落的弹珠在水里上下振动，而不是直接向下运动？听起来是不是很奇怪。然而，这正是因斯布鲁克大学的实验物理学家在来自慕尼黑、巴黎和剑桥的理论物理学家的合作下在一种量子粒子上所发现的。这种令人惊讶的行为的核心是物理学家所谓的“量子干涉”——即量子力学允许粒子表现得像波一样，可以相互叠加或相互抵消。 }0X:F`Y-
:kf`? u
接近绝对零度 zOa_X~!@
R5 9S@MsuD
为了观察量子粒子的来回振荡，研究小组必须将铯原子气体冷却到接近绝对零度的温度，并将其限制在由高功率激光束实现的非常细的管子上。通过一种特殊的技巧，使得原子发生强烈的相互作用。在这样极端的条件下，原子形成了一个量子流体，其运动被限制在了管的方向上。然后，物理学家将一个具有不同自旋态的杂质原子进行加速，使其通过该原子气体。当这个量子粒子移动的时候，观察到了该杂质原子在气体粒子上发生了散射并反射了回来。这导致了一个与弹珠在水中坠落时的单向运动不同的振荡运动。该实验表明，牛顿定律不能用于量子领域。 .P MZX%*v
!Y\D?rKZ
量子流体有时像晶体 ~ ArP9
K "
HAJ 7m!P
自量子力学理论发展以来，我们就知道量子波可能会被反射到一定的方向上。例如，电子在固体晶体如金属片的规则结构上发生反射。这种效应被称为“布拉格散射”。然而，在因斯布鲁克大学进行的实验中的惊喜是，并没有这样的晶体存在来使杂质原子发生反射。相反，正是原子气体本身提供了一种隐藏的排列秩序，这是一种被物理学家称之为“相关性”的属性。因斯布鲁克大学的这项工作已经证明了这些相关性与物质的波动性质结合在一起是如何决定粒子在量子世界中的运动，并导致与我们的日常生活经验相抵触的新奇而令人兴奋的现象。 _oUHJ~&,
V` 1/SQX
理解量子力学的怪事也可能关系到更广的领域，并有助于理解和优化电子元件的基本过程，或者甚至将这些过程移植到复杂的生物系统中。 jr!?v<NoX
MvWaB
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170601151759.htm
|
