人類首次在宏觀世界看到“子彈穿墻” 量子隧穿躍入現(xiàn)實(2)

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2025-10-07 21:41:38 搜狐網(wǎng)

在超導體中，電子并非各自為戰(zhàn)，而是成對“結(jié)伴而行”，形成所謂的庫珀對。這些電子對不再像普通電子那樣互相推擠，而是像一支完美合拍的舞蹈隊伍，共同流動、沒有阻力。整個系統(tǒng)可以用一個統(tǒng)一的“波函數(shù)”來描述。這意味著，它表現(xiàn)得就像一個巨大的“量子粒子”。

于是，這個由無數(shù)電子組成的宏觀體系具備了量子世界的特性。克拉克、德沃雷和馬蒂尼斯正是利用這一特性，設計出可以觀察“宏觀量子隧穿”的實驗。他們向電路中輸入微弱電流，并測量電壓變化。在沒有量子效應時，電壓應當始終為零，就像一個被卡住的開關(guān)。然而在實驗中，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)：電壓會突然跳動，好像系統(tǒng)“穿過了”一個無形的能量屏障。

換句話說，電路中的整個超導體系完成了一次宏觀量子隧穿。更令人興奮的是，他們還發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)的能量不是連續(xù)變化的，而是分成一個個“臺階”，只能按特定的份額吸收或釋放能量。這種現(xiàn)象被稱為能量量子化。

實驗團隊向電路中注入不同波長的微波。當微波的能量恰好與某一級能量差匹配時，電路就會“吸收”這份能量，并跳到更高的能級，就像粒子在量子世界中躍遷一樣。結(jié)果：能量多了，系統(tǒng)更容易“穿墻”；能量少了，系統(tǒng)就被困得更久。這與量子力學的理論預測完全一致。

這項實驗震撼了整個物理界。長期以來，人們認為量子現(xiàn)象只存在于微觀層面，而宏觀世界會因環(huán)境擾動而“去量子化”。正如著名的思想實驗“薛定諤的貓”所描述的：在量子疊加態(tài)下，貓既活又死，但一旦我們打開盒子，現(xiàn)實只會留下一個結(jié)果。

克拉克、德沃雷和馬蒂尼斯的實驗讓一個“宏觀電子體”展現(xiàn)出量子躍遷與隧穿行為。這是過去被認為不可能實現(xiàn)的。這個系統(tǒng)雖然比貓小無數(shù)倍，但它確實讓“量子貓”從想象變成了可測量的現(xiàn)實。

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