人類首次在宏觀世界看到“子彈穿墻” 量子隧穿躍入現(xiàn)實(shí)(2)

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2025-10-07 21:41:38 搜狐網(wǎng)

在超導(dǎo)體中，電子并非各自為戰(zhàn)，而是成對(duì)“結(jié)伴而行”，形成所謂的庫珀對(duì)。這些電子對(duì)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(duì)伍，共同流動(dòng)、沒有阻力。整個(gè)系統(tǒng)可以用一個(gè)統(tǒng)一的“波函數(shù)”來描述。這意味著，它表現(xiàn)得就像一個(gè)巨大的“量子粒子”。

于是，這個(gè)由無數(shù)電子組成的宏觀體系具備了量子世界的特性?？死?、德沃雷和馬蒂尼斯正是利用這一特性，設(shè)計(jì)出可以觀察“宏觀量子隧穿”的實(shí)驗(yàn)。他們向電路中輸入微弱電流，并測(cè)量電壓變化。在沒有量子效應(yīng)時(shí)，電壓應(yīng)當(dāng)始終為零，就像一個(gè)被卡住的開關(guān)。然而在實(shí)驗(yàn)中，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)：電壓會(huì)突然跳動(dòng)，好像系統(tǒng)“穿過了”一個(gè)無形的能量屏障。

換句話說，電路中的整個(gè)超導(dǎo)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(gè)系統(tǒng)的能量不是連續(xù)變化的，而是分成一個(gè)個(gè)“臺(tái)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(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)向電路中注入不同波長的微波。當(dāng)微波的能量恰好與某一級(jí)能量差匹配時(shí)，電路就會(huì)“吸收”這份能量，并跳到更高的能級(jí)，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(xué)的理論預(yù)測(cè)完全一致。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)震撼了整個(gè)物理界。長期以來，人們認(rèn)為量子現(xiàn)象只存在于微觀層面，而宏觀世界會(huì)因環(huán)境擾動(dòng)而“去量子化”。正如著名的思想實(shí)驗(yàn)“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(shí)只會(huì)留下一個(gè)結(jié)果。

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

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