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城頭的文章:“芝諾效應”被證實:你盯著看就能讓原子不動(圖)

(2015-11-02 13:33:10) 下一個
城頭的文章:“芝諾效應”被證實:你盯著看就能讓原子不動(圖)
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著名科幻電視劇《神秘博士》中描述了“哭泣天使”,人們隻要看著這種像雕塑一樣的外星生物,它們就無法移動。在量子世界,“心急水不開”(“A watched pot never boils”)這句諺語常被引用,看來這也許是真的。

《神秘博士》第3季中提到的外星生物哭泣天使(The Weeping Angels)

古希臘的哲學家芝諾(Zeno)有一個悖論:一支在空中飛行的箭,其實是不動的。為什麽呢?因為在每個時刻,這支箭都有一個確定的位置,是不動的,所以一支飛行的箭等於千千萬萬個“不動”的組合。早在20世紀70年代,一些理論物理學家就提出了在量子領域實現芝諾悖論的設想:對一個量子係統進行觀測,會導致係統波函數的坍塌,如果對一個量子係統進行持續觀察,那麽這個量子係統就可能無法演化,停滯在一個狀態,陷入到“飛矢不動”的狀態。

雖然過去人們已經使用其他亞原子係統,比如“自旋”狀態,證明了“芝諾效應”,但康奈爾大學的物理學家10月2日在《物理評論快報》上發表的實驗,首次證明原子真實的空間位置可以通過觀察而被鎖定。這個實驗的成功為人們操控亞原子水平量子係統提供了新的方法,人們也有可能據此技術製造出新型高靈敏傳感器。

康奈爾大學的物理學家在真空室裏冷卻約10億個銣原子,並利用激光束將這些原子暫停下來。在這種狀態下銣原子會像它們在晶體物質中一樣有序地排列起來。但即便在這樣的低溫下,這些原子依舊能在晶格中到處挖隧道。

原來,根據海森堡不確定性原理,一個粒子位置和速度是一對相互作用量,不能同時精確決定。而熱力學理論也指出,一切分子,原子等粒子都處在不停的無規則運動中,分子或原子的熱運動與物體的溫度有關,溫度越低,運動速度越慢,直到絕對零度下所有熱運動停止。但絕對零度我們永遠無法達到,“波色愛因斯坦凝聚”狀態是目前能夠達到的最低溫度,隻比絕對溫度高0.000000001K,這時原子運動速度已經接近於零。那麽位置的不確定性變得很大,所以束縛在光晶格中原子很容易從一個晶格“穿越”到另一個晶格,這種 “隧道”效應,使原子可以在格子中隨意運動。

研究人員們強調說他們隻能通過觀察來抑製量子隧道貫穿,也就是所謂的“量子芝諾效應”。

研究人員們通過原子單獨的激光成像來觀察它們。一個光學顯微鏡看不到單個的原子,但激光成像能讓原子發出熒光,顯微鏡能夠捕捉這種光束。當激光成像結束或者將光調暗,原子就能自由地隧穿。但隨著激光束越來越亮、測量越來越頻繁,原子隧穿開始急劇減少。

這個技術使人們可以精密控製原子與光晶格係統,整個係統對外界幹擾非常靈敏,所以也可以據此開發非常靈敏的傳感器,比如可以用這個傳感器測量重力的細微變化。而地球表麵重力的細微變化又可以用來定位地下礦藏。這個發現也將對實現量子計算機產生巨大的影響。

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houtou72評論:
“首次證明原子真實的空間位置可以通過觀察而被鎖定”---這句是此報道的核心。
 
“你盯著看就能讓原子不動”---實屬忽悠讀者,也忽悠自己。
 
“一支在空中飛行的箭,其實是不動的。為什麽呢?因為在每個時刻,這支箭都有一個確定的位置,是不動的,所以一支飛行的箭等於千千萬萬個“不動”的組合”---整個宇宙都是如此。如果說古人這樣作為一個觀點說也就罷了。現代科學家如果再把這句話放在這裏,孤立地理解事物就有些讓人懷疑他們是否從古人的哲學中向前跨出一步:自從宇宙開始到現在,什麽時候物質的運動和演化與實踐割裂開來了?不僅是一支箭;整個宇宙都是由無數個靜止的點相對應於時間的軸“點”而組成的。隻是對於原子彈運動而言,以前完全不能鎖定原子真實的空間位置而已。
 
而在這裏,是否可以這樣的理解:在基本排除了熱力學定義的條件下(的幹擾),原子彈空間位置可以被觀察並鎖定到(?).
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