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真空一點都不空,它實際上是充滿了量子能量和粒子。(圖片來源:Adobe Stock)
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根據量子力學,真空一點都不空,它實際上是充滿了量子能量和粒子,在一轉眼間閃爍地出現和消失。這些奇怪的訊號,被稱為量子波動(quantum fluctuation)。在量子真空中(quantum vacuum),沒有人能夠聽見你在尖叫。
6 v1 n) ^. M9 g9 {( m5 ]www2.tvboxnow.com幾十年來,只有這些波動的間接證據。2015年,研究人員聲稱直接偵測到這些理論波動。現在,同一個團隊表示,他們已經進一步掌控到真空本身,並且在虛空中偵測到這些奇怪訊號的變化。
, ` h$ m4 d! }: i# ]; O% ^TVBNOW 含有熱門話題,最新最快電視,軟體,遊戲,電影,動漫及日常生活及興趣交流等資訊。我們正在這裡進入高等物理學領域。但是這個實驗真正重要的是,如果這些結果被證實,那麼研究人員可能剛剛解開了一種方法,來觀察、探測和測試量子領域,而不會有所干擾。公仔箱論壇: e. ^3 {2 t" h6 M
這是很重要的,因為量子力學最大的問題之一,以及我們對它的瞭解,是每一次在測量和觀察一個量子系統時,它就會被摧毀。在我們想要解開什麼是真正的量子世界時,這不是一個好兆頭。
" y/ I5 X" ^* n: N) A4 HTVBNOW 含有熱門話題,最新最快電視,軟體,遊戲,電影,動漫及日常生活及興趣交流等資訊。首先,讓我們以傳統的方式來思考真空。由於空間完全沒有物質,帶著儘可能最低的能量,沒有粒子,以及沒有任何事物來干擾純物理學。www2.tvboxnow.com1 J( a, ~) r& x$ W* z/ Q1 ~5 \+ o( S
但是一項量子力學最基本原理的副產品,海森堡(Heisenberg)的測不准原理(uncertainty principle),指出有關對於量子粒子的瞭解是有一個極限。因此,真空不再是空的,它實際上以自己奇怪的能量在嗡嗡地叫,並且充滿著粒子與反粒子對,隨機地出現和消失。
$ r% W# y# N/ A2 d/ [ r: x這些量子波動更像是「虛擬」粒子,而不是實質物質。所以,通常你是無法偵測到它們。但是,儘管它們是看不見的,如同在量子世界中的大多數事物,它們巧妙地影響真實世界。www2.tvboxnow.com1 f: _3 F! o; l! V0 S
這些量子波動會隨機產生可以影響電子的波動電場,回到1940年代,這是科學家第一次間接展示它們的存在。8 h4 {% v) e3 t4 d9 s, }
然後,在2015年,來自德國康斯坦茨大學(University of Konstanz)的艾佛烈.萊滕施托費爾(Alfred Leitenstorfer)所領導的團隊聲稱,借由觀察對光波的影響,他們直接偵測到這些波動。這些結果發表在科學(Science)期刊。
1 u0 \7 S6 f1 S7 _5 x為了做到這點,他們發射一個只維持幾飛秒(飛秒是百萬分之十億分之秒)的超短雷射脈衝進入真空,然後能夠看到光極化的巧妙變化。他們表示這些變化是由量子波動直接造成的。
( Y0 p P5 b; p) }; N. R! w# ytvb now,tvbnow,bttvb這是一個持續在爭論的聲稱,但是借由「擠壓」真空,研究人員現在把他們的實驗帶到一個新的階段,並且表示能夠觀察到在量子波動中奇怪變化的結果。
) d0 s& G% A6 @- i' f! ^3 etvb now,tvbnow,bttvb這不僅僅是這些量子波動存在的進一步證據,還表明他們已經提出一種方法來觀察在量子世界中的實驗,但不會弄亂結果;通常這樣做是會破壞量子態。TVBNOW 含有熱門話題,最新最快電視,軟體,遊戲,電影,動漫及日常生活及興趣交流等資訊。 u$ _3 [+ @( q+ \! D4 G
萊滕施托費爾說:「我們能夠在第一次概算中,分析量子態而不會有所改變。」www2.tvboxnow.com4 W7 b% W5 u' H: n
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通常在你尋找量子波動對單獨一個光粒子的影響時,你必須偵測那個光粒子,或是把它放大,以便於看到影響。然而這樣做會移除留在那個光子上的「量子標記(quantum signature)」,類似於這個團隊在2015年所做的實驗。
: X7 }$ p" a$ G/ Stvb now,tvbnow,bttvb這次,這個團隊不是借由吸收和放大光的光子,而是改為研究在時域上的光,來詳細察看在量子波動中的變化。2 S9 U" _( B6 q6 z1 I* h9 S
這聽起來很怪異,但在真空、空間和時間,都是以相同的方式表現。因此,利用檢查一個光子來更加瞭解其他光子是有可能的。
& T8 U* y" Z0 T _9 O這樣做時,這個團隊發現當他們在「擠壓」真空時,有點像是在擠壓氣球,而且會在真空中重新分配這些奇怪的量子波動。tvb now,tvbnow,bttvb: M9 z# _, k2 r
在某些點,波動的聲音變得比未壓縮真空的背景「噪音」還大聲,而在某些部分,它們反而更安靜。- y' g2 T& j) P: T I. s9 m
萊滕施托費爾把這點和交通堵塞做比較,當在後面的汽車變多時,在那一點前面的汽車密度會再度減少。tvb now,tvbnow,bttvb. {) P- I& r8 I* W1 J3 t0 Y9 }
在一定程度上,同樣的情況在真空中發生。當真空在一個地方被擠壓時,量子波動的分布會改變,結果是它們可以加速或減速。 {& c0 z/ u3 V t4 D( Q
這種影響可以在時域上測量,擠壓的結果,波動中有一些光點。tvb now,tvbnow,bttvb: ~% D1 W* J- K7 e U3 M
但也發生一些怪異的事情,在某些地方的波動看起來好像降到低於背景的噪音程度,低於空白空間的基態(ground state of empty space),科學家把它稱作一個「令人驚訝的現象(astonishing phenomenon)」。
- n% C) n" [8 g4 X; p0 y: Nwww2.tvboxnow.com一份新聞稿解釋:「由於新的測量技術既不用吸收待測的光子,也不用放大它們,所以直接偵測真空的電磁背景噪音是有可能的;因此,也可以直接偵測由研究人員從這個基態產生的受控制偏離。」tvb now,tvbnow,bttvb, e4 E- a$ |% @" u s3 x
這個團隊現在正在測試他們的技術究竟有多精確,以及他們可以從這當中學到多少。
8 I0 g0 j# Z' H, c即使這些結果到目前為止是令人印象深刻的,仍然有可能這個團隊可能只是做到所謂的弱測量(weak measurement),一種不干擾量子態的測量,但實際上沒有告訴研究人員非常多有關量子系統。, I4 ]( r; D8 p; y, D" g' s/ _9 t
如果能夠使用這項技術學到更多,他們想要繼續使用它來探測「光的量子態」。這是光在量子能級(quantum level)看不見的行為,而我們只是剛剛開始要理解。 |