新型材料或能連接量子物理和經(jīng)典物理
最近科學(xué)家找到了一種新型材料，它具備連接量子物理和經(jīng)典物理這兩種對立模型的潛力特質(zhì)。
眾所周知，量子模型適用于微觀世界，而經(jīng)典模型適用于宏觀世界，但這兩種理解物理世界的模型互不兼容。在通常狀況下，在一種模型發(fā)揮作用時，另一種則完全失效。經(jīng)典物理中的大部分規(guī)則在量子世界里都被打破，比如引力雖然能將整個宇宙連成一個整體，但在原子尺度卻幾乎可以忽略。而量子糾纏態(tài)用經(jīng)典物理的任何定律都無法解釋。為什么經(jīng)典模型在量子尺度內(nèi)失效，而量子物理理論在宏觀領(lǐng)域同樣不起作用？兩者如何調(diào)和？科學(xué)家們深信，兩種模型間一定存在聯(lián)系，只是我們還毫無頭緒。
現(xiàn)在，約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員找到了一種新型材料，它讓科學(xué)家有機(jī)會在肉眼可見的尺度下觀察到量子力學(xué)效應(yīng)，這無疑為找到連接兩種模型的橋梁帶來了希望。
項目負(fù)責(zé)人 N. Peter Armitage 說道，“我們通常認(rèn)為量子力學(xué)是針對微觀物體的一種理論，但這種材料中，量子力學(xué)效應(yīng)在宏觀尺度上也出現(xiàn)了。實(shí)驗通過我們自己特制的裝置完成。”
Armitage 所說的“這種材料”是一種拓?fù)浣^緣體�？茖W(xué)家在上世紀(jì)八十年代首次對拓?fù)浣^緣體做出了理論預(yù)言，并于 2007 年首次將它制造出來。拓?fù)浣^緣體的外層導(dǎo)電而內(nèi)部絕緣。這導(dǎo)致電子會沿材料的表面運(yùn)動，從而產(chǎn)生很多奇異的現(xiàn)象。例如，Armitage 的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)當(dāng)一束太赫射線（有時稱為 THz 或 T-rays，不在可見光范圍內(nèi)）穿過鉍硒拓?fù)浣^緣體時，拓?fù)浣^緣體出現(xiàn)了輕微的轉(zhuǎn)動——這種效應(yīng)迄今只在原子尺度內(nèi)被觀察到。
在量子理論的數(shù)學(xué)框架下，這種旋轉(zhuǎn)可以得到理論預(yù)言。因此它成為研究人員首次在宏觀尺度內(nèi)觀察到的量子力學(xué)效應(yīng)，為連接量子模型和經(jīng)典模型奠定了基礎(chǔ)。
這無疑是科學(xué)大拼圖中的重要一塊，但 Armitage 表示，還需要開展很多工作才能完全理解這種連接。他希望，最終有一天我們能夠得到物理世界的完整拼圖，而拓?fù)浣^緣體等新材料可能會帶領(lǐng)我們找到其中的答案。
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