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不能用直觉处理这些整体性物理量

时间:2018-03-09 10:34

来源:未知作者:admin点击:

  该团队研究了一种包含数千个原子的超低温气体,用芯片上的电磁场使其固定不动。“有几种物理量可以描述该量子气体的特征,比如气体的相干长度、以及空间中不同位置之间的相关函数等。借助这些参数,我们便可得知这些粒子在量子力学效应下相互联结的紧密程度。”负责该项目理论计算的塞巴斯蒂安·厄尼(Sebastian Erne)解释道,“我们不能用直觉处理这些整体性物理量,但对量子系统而言,这是不可或缺的。”
 
  这些物理量描述的并不是单个粒子,而是系统整体。通过测量这些物理量,研究人员终于观测到了望眼欲穿的回归现象。不仅如此,“借助原子芯片,我们还能影响系统回归到某一特定状态的时间。”施密德梅尔表示,“通过测量此类回归效应,我们得以充分了解原子的整体动态,如声音在这些气体中的传播速度和密度波的散射现象等。”
 
  量子系统是否存在回归效应?这个问题由来已久,如今终于有了肯定回答。但“回归”的概念定义或许要稍作修改。既然我们无法测量系统内部的完整量子状态,不妨将注意力放在能够通过量子实验进行测量的物理量上。这些物理量能够为我们所观察,既能偏离初始值,最终还能回归初始状态。
 
       19世纪末,法国科学家亨利·庞加莱(Henri Poincaré)曾对无法进行精确分析的系统展开研究。例如包含众多行星和小行星的太阳系,或者不断相撞的气体分子等。结果他吃惊地发现,只要某种状态在物理上可能存在,这些系统总能在某一时刻达到这些状态,或至少十分接近这些状态。只要我们等得够久,所有行星总能碰巧排成一条直线,容器中的气体分子也总能形成有趣的排列规律,或者回归实验的初始状态。
 
  量子系统也存在类似理论,但规则全然不同。“针对量子物理,我们必须提出一种全新的解决方法。”维也纳大学原子与亚原子物理研究所的约格·施密德梅尔教授(Professor J?rg Schmiedmayer)表示,“由于一些基础原因,由众多粒子构成的大型量子系统的状态永远无法得到精确测量。不仅如此,我们还不能将这些粒子视作各自独立的物体,而要将量子纠缠考虑在内。”科学家曾屡次尝试在量子系统中演示“庞加莱回归”效应。但到目前为止,只有当粒子数量很少时才能取得成功,因为唯有如此才能对其状态进行精确测量。这一过程极为复杂,且随着粒子数量增加,系统回归初始状态所需的时间也会大大延长。不过,施密德梅尔的团队采用了另一种策略:“我们对系统内部的整体状态不感兴趣,反正不可能进行测量。”论文的第一作者伯恩纳德·劳尔(Bernhard Rauer)指出,“相反,我们想问的是:哪些物理量是我们能够观察、并且能帮助我们了解系统的整体状态的?这些物理量是否会在某一时刻回归初始值?”
 
  
 
  
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