一项非凡的实验已经成功在大规模环境下看出“量子运动"的效应。这些效应基本上是在原子层上所造成的微弱震动,当一个物体看起来是静止时。在它众多的影响中,这研究(也能暂时停止这些效应)有助于在时空中寻找被称为重力波这种难以捕捉的波动。
这项出版在《科学》期刊上的研究,是由一群加州理工学院(Caltech)的研究生及合作者所组成的研究团队所进行的。在传统物理学中,一个物体(例如碗里的球)最后会因为重力及摩擦力的作用而停止运行。但是对统治着以原子为单位的物质与光的量子力学而言,没有东西是真正静止的。
这意味着每种东西都有着极细微的量子噪音或运动;以原子为单位的微小震动。在这项实验中,研究人员不只观察得到原子层的效用,也可以观察得到较大的微米层的效用,而这是第一次他们能控制这些效用。
为了检测到它的存在,他们在矽基板的顶部放了一块可以弯曲的铝板。接着一个超导电路用来震动板子以每秒350万次的速度。因此将这块板冷却到0.01 Kelvin(-273.14°C, -459.65°F)在传统的意义上把震动降到零度的板子减少,但是用微波场检测的结果,发现了微小的量子运动,大约是质子大小的直径,或者说比氢原子小10,000倍。
加州理工学院(Caltech)的共同作者Keith Schwab对IFL科学说:"我们发现微米物体的运动需要一个量子的解释。传统物理学就是无法捕捉我们所看见的量子噪音。"
哥达德航空中心(GSFC)的贝瑞(Berry)博士说:"这项技术能检测出恒星合并之类的强大事件中的重力波。"
据Schwab所说,这噪音是"海森堡的测不准原理(Heisenberg Uncertainty Principle)的必然结果",这项结果主要叙述的是所有东西的行为会同时跟粒子与波动一样。然而,研究小组发现借着小心应用受控制的微波场,他们就能减少在某些地方的运动以使它在其他地方变得更大。这项技术称为量子压缩(quantum squeezing)。
最有趣的地方之一,是这项研究可能有助于检测出重力波。这些在时空中的波动被认为是由强烈且近乎完美规律的重力事件所造成的,例如被称为脉冲星的旋转中子星。但是他们至今尚未被诸如雷射干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,LIGO)等仪器成功侦测到。
如果该设备在这项研究中能加强功能,如此,它能用在检测这些来自宇宙的时空波动。Schwab在他的声明稿中说:"我们的工作目标是越来越大的范围中检测量子力学,总有一天,我们的希望是终于开始碰到跟重力波一样大的东西。"