這些矽油滴有一些奇怪的地方——而且不僅僅是它們在培養皿上方彈跳的方式。 它們實際上複製了量子力學中的許多奇怪現象,但在某種程度上我們實際上可以看。 而這一集的維里塔修斯解釋說這如何幫助我們理解一些圍繞量子粒子的奇怪假設。
但首先,為什麼這些油滴會彈起? 在上面的實驗中,來自 Veritasium 的德里克他在揚聲器頂部放置了一個裝滿矽油的培養皿,並用揚聲器來振動培養皿。
透過用牙籤製造液滴,他可以使它們沿著表面盤旋,在油和液滴之間的一小層空氣上方彈跳,而該空氣層永遠不會小到足以使油重新結合。
每次水滴彈起時,都會產生一個駐波在上下擺動的盤子裡。
水滴不僅會產生駐波,還會在下一次反彈時與其相互作用。 如果它持續落在波浪的同一側,水滴就會被向前推,科學家稱之為「步行者」。
但真正有趣的是這些液滴的行為。 它們太大了,不可能是量子的——它們的直徑約為 1 毫米——但科學家最近發現,他們可以利用這些小液滴來複製量子力學中的許多奇怪現象。
舉個例子,經典的雙縫實驗。 在傳統的量子力學中,雙縫實驗涉及在兩個窄縫處發射粒子束,例如電子。
另一方面,電子並不像您所期望的那樣最終形成狹縫後面的兩個不同的團塊,而是產生干涉圖案 - 電子在狹縫後面的區域上相當均勻地飛濺。
甚至當你一次發送一個電子時也會發生這種情況,這只是量子力學中眾多令人困惑的現象之一。
透過這些彈跳的油滴,您可以重新創建雙縫實驗,並觀察駐波(或)穿過兩個狹縫,而液滴本身僅穿過一個狹縫。
但水滴並不總是沿著直線移動,因為它們被這些駐波推擠和引導。 因此,最終液滴會以與量子乾涉圖案非常相似的圖案散佈在另一側。
(附註:這可能是我們見過的雙縫實驗最好、最簡單的示範。)
這很奇怪,但水滴也表現出同樣的現象量子穿隧效應- 粒子有可能穿過傳統上沒有足夠能量越過的障礙。
如果您觀察限制在圓形畜欄(例如培養皿)中的「步行者」油滴,並追蹤其從駐波反彈時隨時間的混亂運動,您可以創建一個機率密度,以顯示出現以下情況的可能性:任何時間在培養皿內的任何一點發現液滴。
事實證明,該模式看起來很多就像限制在量子圍欄中的電子的機率密度一樣。 這很奇怪,但絕對不是巧合。
那麼為什麼這些液滴與量子粒子如此相似呢?
我們會讓德里克在上面的影片中解釋說,但我們只能說,觀察這些彈跳的小水滴可以幫助物理學家(以及我們其他人)理解一些關於量子力學的相互競爭的假設,例如哥本哈根詮釋和導波理論。
檢查一下,看看你認為哪一個更有意義,或者只是驚嘆於奇怪的彈跳油滴,這些油滴似乎違反了物理學原理。 你就做你吧。
如果您想了解更多關於油滴甚至水是如何懸浮的,請觀看令人難以置信的一集每天更聰明如下……他甚至讓它們在太空中發生: