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几乎每个现代人都听说过薛定谔的猫吧：物理学家薛定谔巧妙设计的思想实验，用来揭示量子力学的叠加态在宏观层面上引发的悖论。 好吧，因为不能把真猫置于如此险恶的境地，所以科学家们设法用2000个原子组成的巨大分子来代替。 量子叠加态，已经被无数的经典实验所验证——物理客体可以同时存在于两个不同位置，但是实验对象都是尺度极小的微观粒子。 新实验的目的是完善量子力学理论，更多地了解这一特别烧脑的物理学分支实际上是如何工作的，以及量子力学定律如何在宏观世界里表现出一致性。 研究人员在论文中指出：“我们的结果显示出与量子理论的极佳一致性，无法用经典的方式进行解释。”尤其是，这项新研究涉及薛定谔Schrödinger方程(是的，再次是他)，该方程甚至指出，同时存在于多个位置的单一粒子化成的物质波，会像池塘上的涟漪一样相互干扰。 为了测试这一点，科学家们设计了一个双缝实验——量子物理学家非常熟悉的实验。 传统上，我们令单个粒子通过两条缝隙。如果用光子进行实验，则接收屏上应该出现一个光带。但实际上，投射在屏幕上的是干涉图案——表明光粒子也可以以波的形式传播。就像薛定谔的猫一样，光子似乎同时位于两个位置。但是，正如我们大多数人都知道的那样，在未被观察到之前，猫处于两种状态；盒子打开后，猫要么死，要么活，而不是继续维持叠加态。 光子也一样。一旦直接测量或观察到光子，叠加态就会消失，光子的状态坍塌。这是量子力学核心问题之一。我们又利用电子，原子和较小分子进行了相同的双缝实验。现在，物理学家证明，量子力学也适用于大分子。 在双缝实验中，由多达2000个原子组成的分子制造出了量子干涉条纹。这些分子名为“富含氟烷基硫烷基链的低聚四苯基卟啉”，其中一些分子的质量是氢原子的25000倍以上。 但是随着质量变大，它们的稳定性会降低，科学家只能使用一种新发明的被称为物质波干涉仪(旨在沿不同路径测量原子的设备)在7毫秒内完成实验。甚至还必须考虑诸如地球自转和引力之类的因素。尽管努力有所回报——我们现在知道量子力学同样适用于大分子。 传统上，量子力学只适用于微观对象，而经典物理学则适用于宏观物体，因此在双缝实验中可以使用的分子越大，我们越接近该量子与经典的边界线。此类研究先前的记录最大是800个原子构成的分子。 奥地利维也纳大学的物理学家Yaakov Fein说：“我们的实验表明，量子力学及其所有奇特的特性非常强大。我对未来在更大尺度内进行的实验感到乐观。” 论文已发表在《自然·物理学》上。 |
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