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科学家发现一种奇特材料,能连接经典物理学和量子物理学

今日看点新闻网 www.wapsicle.com 字号+作者:今日看点 来源:今日看点新闻网 2016-12-09 12:42

虽然经典物理学和量子物理学如此截然不同,但还有更大的问题困扰了物理学家几十年:这两种对立观点的联系是什么?为什么经典物理学的基本定律在量子层面无法'...

科学家发现一种奇特材料,能连接经典物理学和量子物理学

虽然经典物理学和量子物理学如此截然不同,但还有更大的问题困扰了物理学家几十年:这两种对立观点的联系是什么?为什么经典物理学的基本定律在量子层面无法适用?这两大物理学能调和吗?

现在,由于新开发的一种材料,科学家可能正在接近答案,因为他们设计了一种方法使量子力学能在肉眼上可见。

约来自翰霍普金斯大学的研究团队发现了一种跨越这两种领域的特殊材料。通常物理学家会认为量子力学是一种研究微观粒子世界的理论,但是在科学家开发的新系统中,量子力学在宏观尺度上现象。

科学家发现一种奇特材料,能连接经典物理学和量子物理学

拓扑绝缘体

在这项发表于《科学》(Science)杂志上的新研究中,科学家所开发出的新材料是一种拓扑绝缘体。这种类型的材料最初是在20世纪80年代预测的,自2007年以来科学家研发出了不同变种。

拓扑绝缘体很特别,因为它们在其外层上是导电的,但在内部它是绝缘体。这意味着电子只能沿着材料的外部流动,导致它们表现出一些非常奇怪的行为。

对于这项新实验,研究团队研发出了由铋和硒元素制成的拓扑绝缘体,大约为指甲厚度。于此,这两种元素让物理学家首次能在更大的尺度上观察到量子现象。

具体来说,研究人员向这些绝缘体发送了一束太赫兹辐射(又称T射线,是一种不可见的光谱,1太赫兹=1万亿赫兹),然后测量行进中的T射线。结果发现,在通过拓扑绝缘体时,T射线出现了轻微旋转变化——这种效应通常只能在原子尺度上观察到。

甚至,物理学家所观测到的变化量可以使用量子力学来进行精确地预测。这是科学家首次在宏观尺度上见证了量子现象出现在拓扑绝缘体中,表明量子物理学和经典物理学之间存在一个可预见的联系。物理学家已经苦苦追寻这种联系几十年了,这是作为寻找难以捉摸的“万物理论”的一部分。

科学家发现一种奇特材料,能连接经典物理学和量子物理学

大统一理论

简单来说,科学家们知道,量子世界的规则——它解释了在极小尺度上的粒子行为——必定以某种方式与日常所用的经典物理学相联系。

但问题是,这种联系难以捉摸。许多经典物理学的定律在量子层面上失效。例如,主宰宏观的引力似乎根本就不影响量子系统,并且经典物理学也无法解释量子纠缠的“幽灵般的超距离作用”。

在寻找大统一理论的道路上,这项新研究无疑朝着正确方向迈出了重要的一步。

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