这些硅油滴有一些奇怪的地方——而且不仅仅是它们在培养皿上方弹跳的方式。它们实际上复制了量子力学中的许多奇怪现象,但在一定程度上我们实际上可以看。而这一集的维里塔修斯解释说这如何帮助我们理解一些围绕量子粒子的奇怪假设。
但首先,为什么这些油滴会弹起?在上面的实验中,来自 Veritasium 的德里克他在扬声器顶部放置了一个装满硅油的培养皿,用扬声器来振动培养皿。
通过用牙签制造液滴,他可以使它们沿着表面盘旋,在油和液滴之间的一小层空气上方弹跳,而该空气层永远不会小到足以使油重新结合。
每次水滴弹起时,都会产生一个驻波在上下摆动的盘子里。
水滴不仅会产生驻波,还会在下一次反弹时与其相互作用。如果它继续落在波浪的同一侧,水滴就会被向前推,科学家称之为“步行者”。
但真正有趣的是这些水滴的行为方式。它们太大了,不可能是量子的——它们的直径约为 1 毫米——但科学家最近发现,他们可以利用这些小液滴来复制量子力学中的许多奇怪现象。
举个例子,经典的双缝实验。在传统的量子力学中,双缝实验涉及在两个窄缝处发射粒子束,例如电子。
另一方面,电子并不像您所期望的那样最终形成狭缝后面的两个不同的团块,而是产生干涉图案 - 电子在狭缝后面的区域上相当均匀地飞溅。
甚至当你一次发送一个电子时也会发生这种情况,这只是量子力学中众多令人困惑的现象之一。
通过这些弹跳的油滴,您可以重新创建双缝实验,并观察驻波(或)穿过两个狭缝,而液滴本身仅穿过一个狭缝。
但水滴并不总是沿直线移动,因为它们被这些驻波推挤和引导。因此,最终液滴会以与量子干涉图案非常相似的图案散布在另一侧。
(旁注:这可能是我们见过的双缝实验最好、最简单的演示。)
这很奇怪,但水滴也表现出同样的现象量子隧道效应- 粒子有可能穿过传统上没有足够能量越过的障碍。
如果您观察限制在圆形畜栏(例如培养皿)中的“步行者”油滴,并跟踪其从驻波反弹时随时间的混乱运动,您可以创建一个概率密度,以显示出现以下情况的可能性:任何时间在培养皿内的任何一点发现液滴。
事实证明,该模式看起来很多就像限制在量子围栏中的电子的概率密度一样。这很奇怪,但绝对不是巧合。
那么为什么这些液滴与量子粒子如此相似呢?
我们会让德里克在上面的视频中解释说,但我们只能说,观察这些弹跳的小水滴可以帮助物理学家(以及我们其他人)理解一些关于量子力学的相互竞争的假设,例如哥本哈根诠释和导波理论。
检查一下,看看您认为哪一个更有意义,或者只是惊叹于似乎违背物理学的奇怪弹跳油滴。你就做你吧。
如果您想了解更多关于油滴甚至水是如何悬浮的,请观看令人难以置信的一集每天更聪明如下……他甚至让它们在太空中发生: