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科学家发现量子力学新效应,所有人都向外走,房间里人却会越来越多
爬上海岸的鱼 2017-07-22
导语

房间里很多人,每个人都在向外走,为什么人越来越多?

编者按:本文来自微信公众号"徐德文"(ID:xudewen028),e科网经授权发布。

围棋盘上放着很多黑白棋子,你用手指去推一颗白子,会发生什么事情?你会很肯定地说,棋子将在棋盘上向你用力的方向移动。但是在微观尺度的量子世界里,事情却很可能不是这样,如果你向一颗粒子施加力的作用,它很可能会倒退回来,科学家们称之为“回流”(backflow)。

很难想象不是?你可以试着在脑海里勾画这样一幅画面,你用手指去推一颗围棋子,棋子不会向前移动,而是会倒退回来!无论你脑洞多大,你恐怕都想象不出这粒子是如何倒退的。伦敦帝国理工学院理论物理学教授乔纳森·哈利维尔做了一个比喻,希望有助于你理解量子回流:

假如你有一个非常大的房间,房间里有很多人,你指挥这些人一个个走向房门,离开房间。经典理论说,房间里总人数将逐渐下降。但在量子力学中,即使每个人都努力地向外走,房间里总人数却可能会增加。这是量子力学波粒二象性和概率论性质作用的结果,即使有正向的动量,粒子总有向后运动的概率。

回流效应在理想化的未受力的情况下很好理解,科学家们早就发现了量子回流效应的存在,但一直认为它只在“自由”的没有外力作用的量子中存在。通过分析法和数值方法的结合,科学家们获得了对着这种现象的精确估计,结果表明,回流效应始终存在且无所不在,但影响很小,此前并未引起人们的注意,所以没被测量出来。

回流效应为进一步研究量子力学提供了新的方向,不过尚未在实验室里得到验证。科学家们正在开发一个实验装置,准备用玻色-爱因斯坦凝聚物对它进行测试,如果得到证实,将可能在未来的计算机加密等量子技术领域发挥重要作用。

论文发表在在上周的《物理评论A 》上。

文章链接:

Henning Bostelmann, Daniela Cadamuro, and Gandalf Lechner, "Quantum backflow and scattering," Phys. Rev. A 96, 012112

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  • 量子力学
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作者 爬上海岸的鱼

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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