在由基本粒子和單個原子構(gòu)成的亞微觀世界內(nèi),物體運動遵循量子力學(xué)規(guī)律,表現(xiàn)出奇特的、違反直覺的行為。沒有什么能比得上我們所處的宏觀世界-以至細(xì)胞、細(xì)菌或塵埃顆粒的微觀世界-在這里,牛頓定律更加令人信服,它保證了物體的運動明顯地有序。
問題出自試圖發(fā)現(xiàn)宏觀與微觀世界的分界線,乃至確定這個分界線。美國康奈爾大學(xué)物理系的副教授KeithSchwab和他的同事們設(shè)計出目前為止zui大尺度的接近量子力學(xué)極限的器件。
令人驚奇的是,這項研究也展示了僅通過觀察即可對物體降溫的辦法。
研究結(jié)果發(fā)表在9月出版的《Nature》第14期上,可用于量子計算和冷卻等方面。
這個器件是在氮化硅上的兩端固定中間可振動的、含有10萬億個原子的微小長鋁條。在其周圍,Schwab設(shè)置超導(dǎo)單電子晶體管以檢測鋁條位置的微小變化。
Schwab等人獲得的測量結(jié)果比以往的更接近海森堡測不準(zhǔn)原理所規(guī)定的特定范圍的理論極限,并演示了測量當(dāng)中的反作用現(xiàn)象引起的動量偏移。
在此之前理論上已預(yù)見了這個本無先例的實驗結(jié)果。第二次的觀測更令人驚奇:對晶體管加一定電壓,他們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)溫度降低。
Schwab說“觀察鋁條,不僅會使它移動,還會抽取它的能量,”并指出鋁條的溫度可以降得很低。
冷卻背后的機(jī)理類似于用于原子氣體冷卻的、稱為光學(xué)或多普勒冷卻的過程。這是在凝聚態(tài)物質(zhì)中觀察到這種現(xiàn)象。
然而Schwab感興趣的是發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)的重大問題:量子力學(xué)是否也適用于宏觀世界,如果不是,系統(tǒng)會在什么地方突變。
對于這個問題,他又關(guān)注于量子力學(xué)的另一條原理-態(tài)疊加原理。
Schwab提到,他們試圖制造一種可以在同時在兩個地方的機(jī)械儀器。由這種儀器他們希望可以實現(xiàn)態(tài)疊加,并且制造大的器件以發(fā)現(xiàn)突變所在。