在物理實驗中,顯示您所看到的是真實量子行為的跡象之一是某些數字(稱為量子界限)是否出現在您的計算中。
就像 Pi 很可能出現在你的方程式中一樣當涉及到一個圈子時, 量子界限例如 4、6 和 2√2物理學家用它們來指示他們何時離開經典物理學領域進入量子世界。但現在一項新研究顯示它們根本不存在任何純粹的「量子」。
讓我們在這裡退一步,因為除非您熟悉實際發生的情況,否則這非常棘手。 首先,我們有經典物理學與量子力學。
經典物理學涵蓋了化學和物理學領域所做的所有工作20世紀以前,包括元素週期表的分類,、光的波動理論與牛頓力學。 基本上,如果你可以輕鬆地觀察到某些東西,你可能可以使用以下定律:經典物理學來解釋它。
另一方面,量子力學只是相當新的事物,它試圖解釋構成宇宙的光子、電子和其他非常微小的粒子的奇怪且看似隨機的行為。
在物理學中,你越小,事情就越奇怪,而量子力學可以幫助你理解這一切。
正如加州大學戴維斯分校網站所解釋的,「具有「正常」尺寸(大於分子且小於行星)、處於「正常」溫度(接近室溫的任何地方)、以「正常」速度(0 公尺/秒 - 任何明顯的速度)的物體小於光速)符合經典力學中提出的模型。
但是,一旦你試圖觀察的系統開始超出這些參數,你可能不得不訴諸量子力學,它“誕生於經典力學無法協調理論與實驗”,加州大學戴維斯分校說。
兩者之間最根本的區別之一是量子力學允許某些粒子之間的相關性和相互作用彼此相距甚遠,而經典物理學絕對不會。
一個例子是量子糾纏- 一種奇怪的現象,兩個量子粒子相互作用,使它們緊密相連,並且本質上「共享」存在。 這意味著一個粒子發生的事情將立即直接影響另一個粒子發生的事情 - 即使另一個粒子距離許多光年遠。
愛因斯坦本人也曾為這個想法而苦苦掙扎,最著名的是嘲笑它為“幽靈般的遠距離行動”,現在它已成為解決問題的關鍵下一代計算機。
量子界限被認為是向物理學家發出的一個信號,表明他們的實驗中發生的事情只能用量子力學定律來解釋,但西班牙物理學家的一項新研究表明,它們可能不像量子力學那樣完全是「量子」。
為了證明這一點,塞維利亞大學的團隊進行了三個不同的實驗,使用量子界限來區分量子現象和經典現象。
正如 Lisa Zyga 為 Phys.org 報導的那樣,這些實驗旨在展示一個系統是否可以違反所謂的量子不等式。 違反越大,系統的量子性越大,最大違反被定義為量子界限。
「量子界限源自於實驗中的機率分佈,並且是特定的數字 - 例如,貝爾不等式量子界限為 2√2(約 2.82),稱為 Tsirelson 界限,”齊加說。 “這裡討論的另外兩個不等式的量子界限為 4 和 6。無論是理論上還是實驗上,對量子不等式的違反都沒有超過這些界限。”
塞維利亞團隊的三個實驗涉及沿著一公尺長的傳輸線發射微波,並根據經典假設和違反量子不等式計算其最終行為的機率。
他們發現經典實驗的結果邊界為 2.78、3.93 和 5.93,所有這些結果實際上都「擊敗」了量子實驗的結果,因為它們與量子邊界 4、6 和 2√ 的接近程度2 (2.82),「提供了強有力的證據證明量子和經典實驗產生相同的界限,”齊加說。
所以現在怎麼辦? 這些結果需要在更多的實驗中重複,直到我們能夠確定量子界限實際上是量子行為的相當無效的信號,但如果它們是,它實際上可以幫助科學家尋求建立世界上第一個像電腦一樣快
這兩個實驗之間的一個區別是,經典實驗比量子實驗需要更多的能量來實現這些界限,這對於效率來說是一個無賴,但我們對基於經典物理構建計算機的了解比量子物理學要多得多,所以也許有空間將兩者結合起來。
「與對環境非常敏感的量子系統相比,我們實驗中的電線可以彎曲、移動、加熱等,結果都是一樣的,」團隊成員之一迭戈·弗魯斯塔利亞(Diego Frustaglia)說道,告訴 Phys.org。 “這表明量子技術實際上是使用量子系統加上模仿量子系統的經典系統構建的未來。”
我們已經說過一次,而且還會再說一遍,但現在是成為物理學家的最佳時機。