围困电子波函数 量子理论学再掀新风暴

凤凰科技讯 北京时间10月30日消息 据科学日报报道，电子是一种不可分割牢不可破的基本粒子。但最新研究表明电子的量子状态——电子的波函数——或可能可以分离成多个部分。这对量子力学理论将产生着一些奇怪的启示意义。由布朗大学的物理学家进行的最新实验中将量子力学的奇特性放在一个小容器里进行研究——确切来说是一个氦气泡里。

布朗大学的物理学家进行的最新实验中将量子力学的奇特性放在一个氦气泡里进行研究

布朗大学的物理学教授亨弗雷•马里斯（Humphrey Maris）表示，电子的量子状态，也即电子的波功能，可以分散成碎片，而这些碎片可以被围困在液态氦的小气泡里。但是研究人员并不是说电子可以分离，电子是基本粒子，不可分割也不易破碎。研究人员所指的从某些角度上说其实更加怪异。

在量子力学里，粒子在空间里并没有一个独特的位置。相反，它们是以波函数的形式存在，一种包含粒子所有可能位置的概率分布。马里斯和同事认为这种分布的部分可以分离，彼此隔离。

“我们所围困的是发现一个电子的概率，而不是一个电子的一部分。” 马里斯解释道。“这有点像乐透彩票。当彩票被出售完，所有买了彩票的人都有一张凭证，也即这些人都有赢得大奖的机会。你将这种机会设想为分布在各处。但事实上只有一个大奖——也就是一个电子——只不过这个大奖花落何处会随后决定。”

如果马里斯对他的实验发现的解译是正确的，那么他将提出有关量子力学测量过程的意义深远的问题。在传统量子力学理论里，当一个粒子被测量时——意味着它被发现位于某一个特殊位置——它的波动函数也就坍塌了。

“我们进行的实验暗示着一个电子与某个更大的物理系统，例如液态氦之间的纯粹相互作用并没有形成一次测量。那么问题就变成了：究竟什么才组成了对粒子的测量？” 马里斯说道。

波动函数可以被分离成两个甚至更多气泡这个事实本身也非常奇怪。如果探测器在其中一个气泡里发现了电子，那么其它的气泡里又会变成什么呢？“这提出了很多有趣的问题。” 马里斯表示。（编译/严炎刘星）