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日期: 2026-07-19 | 來源: 大紀元 | 有0人參與評論 | 字體: 小 中 大
科學家近日完成了壹項令人難以置信的量子實驗：他們證明，由數千個原子組成的微小金屬“團塊”，能夠“同時存在於多個地方”——即質心波函數的空間疊加。
維也納大學（University of Vienna）的研究團隊利用先進的激光技術，成功在由鈉組成的納米粒子上觀測到量子幹涉現象，而這些粒子的尺寸遠大於過去通常被觀察到具有此類量子行為的粒子。
這項成果將量子力學的研究推向新的領域，顯示即使是尺寸出乎意料地“較大”的物體，仍然遵循量子世界那些看似違反直覺的奇異法則——即使是微小的金屬“團塊”，也能以同時分布於多個位置的量子態存在。
首次在金屬納米粒子上看到量子態
在這項1月份發表於《自然》（Nature）期刊的新研究中，來自維也納大學和杜伊斯堡-埃森大學（University of Duisburg-Essen）的研究人員證明，由數千個鈉原子組成的金屬納米粒子，盡管其尺寸和質量遠大於此類實驗中通常使用的粒子，依然展現出量子行為。
這項成果代表了迄今對量子力學最有力的驗證之壹，將測試范圍推進至接近宏觀世界的尺度。
在此之前，物質波幹涉實驗的質量紀錄大約維持在2.8萬達爾頓（Dalton，簡稱 Da，相當於原子質量單位amu）（由大型復雜分子創下）。而本次研究直接將尺度推升了近6倍，首次在“金屬納米粒子”這壹全新材料類別上實現了量子去域化。
該實驗最重要的意義在於它在“高質量”與“長相幹時間”之間取得了平衡，是目前對“波粒贰象性”邊界最嚴苛的測試之壹。
超越微小粒子的量子行為
量子物理描述了壹個物質既可以表現得像粒子，又可以表現得像波壹樣的微觀世界。科學家們已透過幹涉和雙縫實驗，壹再證實電子、原子和小分子都具有這種不同尋常的量子特性。然而在日常生活中，像岩石、灰塵或玻璃彈珠這類普通物體，則似乎遵循著可預測的經典物理定律——停留在單壹位置，並沿著明確的軌跡運動。
由馬庫斯‧阿恩特（Markus Arndt）和斯特凡‧格利希（Stefan Gerlich）領導的維也納大學研究團隊，如今首次將這種量子效應擴展至尺寸大得多的金屬納米粒子。
實驗中使用的鈉納米團簇（sodium clusters）直徑約為8納米，其尺寸與現代電晶體元件相近。每個團簇的質量都超過17萬達爾頓，比大多數蛋白質還要重。
即使達到這樣的尺度，這些粒子仍然產生了可測量的量子幹涉現象。
論文第壹作者、博士生塞巴斯蒂安‧佩達利諾（Sebastian Pedalino）表示：“直覺上，人們會認為如此大的金屬團塊應該像經典粒子壹樣運動。然而，它依然能產生幹涉現象，顯示量子力學在這樣的尺度上依然成立，無需引入其它替代理論模型。”
創造“薛定諤的金屬團塊”
為了完成這項實驗，研究人員制造出由5,000至10,000個鈉原子組成的超低溫鈉團簇（sodium clusters）。接著，這些粒子依序穿過由超快紫外線激光脈沖產生的叁個暫態繞射光柵（diffraction gratings）。
第壹道激光脈沖准備了粒子的空間相幹性：將每個團簇的位置精確定位至約10納米；第贰道脈沖則充當衍射光柵，將每個團簇的波函數分裂為多條路徑的疊加態，也就是說，使粒子進入量子疊加態（quantum superposition），它們能夠同時沿著多條不同路徑穿越實驗裝置。當這些波路徑在實驗後段彼此重疊時，便形成了可被偵測到的條紋狀幹涉圖樣，其結果與量子理論的預測完全壹致。
研究結果顯示，這些粒子在飛行過程中並非固定停留在某壹個位置，而是其量子態分布於壹個比粒子本身大數拾倍的空間范圍內。這證明了即便在如此大的質量下，物質波特性依然存在。
物理學家將這種狀態稱為“薛定諤的貓態”（Schrödinger cat states），名稱源自奧地利物理學家薛定諤（Erwin Schrödinger）提出的著名思想實驗：在未被觀測之前，壹只貓同時處於既“活著”又“死亡”兩種狀態。
在這項研究中，研究人員形容這些金屬團簇如同“同時在這裡，也不在這裡”——呈“相幹疊加態”（Coherent Superposition）。這並非指物體像科幻電影般分身，而是指其波函數（Wavefunction）在空間中延展，且多條路徑之間保持著相位相關性。
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