科学家找到可以打破海森堡测不准原理的方法

2021年05月12日 10:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,测不准原理是量子力学的一个基本概念,由维尔纳·海森堡在20世纪20年代末首次提出。在量子世界中,像为所有电子产品提供动力的电子一样,那里的粒子也可以表现出波的行为。因此,粒子无法同时拥有明确的位置和动量。比如测量一个粒子的动量会导致位置的扰动,因此不能精确地定义位置。

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在最近发表在《科学》上的一项研究中,由来自芬兰阿尔托大学的Mika Sillanpää教授领导的团队指出,有一种方法可以绕过测不准原理。该团队成员还包括澳大利亚新南威尔士大学的Matt Woolley博士,他为该实验开发了理论模型。

研究小组没有使用基本粒子,而是使用了更大的物体进行实验:两个振动的鼓面,其宽度只有人类头发的1/5。鼓面被小心地强制表现出量子力学的行为。

“在我们的研究中,鼓面呈现出集体量子运动。鼓之间的振动相位则相反,当其中一个鼓处于振动周期的结束位置时,另一个鼓同时处于相反的位置。在这种情况下,如果两个鼓被视为一个量子力学实体,鼓运动的量子不确定性就被抵消了,”该研究的论文主要作者Laure Mercier de Lepinay博士指出。

这意味着研究人员能同时测量两个鼓面的位置和动量--根据海森堡测不准原理,这是不可能的。打破这一规则使他们能够描述驱动鼓面的极其微弱的力量。

“其中一个鼓以相反的方式响应另一个鼓的所有力,有点负质量,”Sillanpää说道。

此外,研究人员还利用这一结果提供了迄今为止最确凿的证据,其证明了这样的大型物体可以表现出量子纠缠。纠缠对象无法相互独立地描述,即使它们可能拥有任意大的空间分离。纠缠使成对物体的行为方式跟经典物理学相矛盾,它是新兴量子技术背后的关键资源。

在宏观物体中,像纠缠这样的量子效应非常脆弱,它们很容易被周围环境的任何扰动破坏。因此,实验是在非常低的温度--零下273度下,只比绝对零度高百分之一度--进行的。

未来,研究小组将把这些想法用于实验室测试,其将被用来探索量子力学和引力的相互作用。振动的鼓面也可以作为连接大规模分布式量子网络节点的接口。

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