原子在“相互依存”中组成原子云【图文】粒子原子

更新时间:2021-09-15 21:43:38作者:高三网

原子在“相互依存”中组成原子云

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如果一个量子系统的组成不是几个部分,而是多个部分,那么这个系统极难拆分和分析,不仅对单个氢原子的计算是困难的,而且对数千个氢原子组成的“原子云”的计算也是如此,物理学家时常使用有些粗糙的近似法,基本的原因在于量子态的粒子处于相互联系的状态,人们不能对粒子相互分割的状态进行描述。维也纳大学的卡斯帕·萨克曼和斯坦福大学的马克·卡什维奇最近在《然》杂志物理学栏目发表了文章,他们十分小心地克服了量子态描述时遇到的困境,成功地计算了超冷原子云的量子效应,对原子云状态的描述只能依据大量原子的量子相关性。原子云的组合方式被物理学家称为“博斯——爱因斯坦凝聚体”,它是量子相关性的热门研究对象。w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

量子物理学是一门依托运气和随机性的博弈学科,存在一个最基本的事实,冷原子云中的原子失去了确定位置,人们几乎不能判断此时此刻的原子处在什么地方,这在人们的日常观念中是难以接受和不可思议的一件事情,假如一位母亲此时此刻不知道自己年幼孩子的去向,那么这可能意味着孩子走丢了,这位母亲将会生活在难以预知的失魂落魄状态。无法确定原子的位置,原子在科学家的眼中好像在空中飞舞的死魂灵,这些原子的数量难以确定,原子在同样时间可能出现在所有地方。原子的位置依赖于测量,当人们进行测量时,原子的位置才能得到确定,反之,当人们不进行测量时,原子又恢复到“死魂灵”状态。w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

萨克曼解释说,他们对原子云投射了光线,原子吸收了光子,光子测量了或“拍摄”到了原子,然而,量子随机性和扔骰子的游戏区别很大,同时扔出不同的骰子,它们看起来相互独立,人们是否扔出一个数字6,这都不影响数字7的出现。原子云中的原子轨迹不同于扔骰子的结局,原子彼此形成了量子物理意义的关联,人们分析单个原子的行为没有意义,原子群体组成了一个大的量子体系,任何被测量原子的每个位置都依赖于所有的其它原子,原子相互形成了复杂的数学方式。w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

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萨克曼解释说,很难确定在一个特定位置发现一个粒子的可能性,这种可能性在原子云的中心最高,从中心到原子云外层,这种可能性逐渐减少。在经典的随机系统中,人们知道一个骰子翻转的结果,这需要所有的信息,比如:知道了任何一个数字出现的概率只有六分之一,人们可以确定扔出的在桌面上翻转的三个骰子中,出现某个数字的概率为三次,人们连续五次扔骰子时出现的概率也是如此,量子性粒子的事件概率变得更为复杂,数学工具的概率论似乎遇到问题。w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

他们一步步解决了粒子的随机概率问题,首先计算了某个特定位置第一个粒子被测量的概率,第二个粒子的概率分布依赖于第一个粒子被发现的位置,第三个粒子的位置依赖于前两个粒子等。为了描述接近最后一个粒子的位置,所有其它粒子的位置必定先以确定,这种类型的量子缠绕使得数学工具的应用变得异常复杂,对物理学和数学都形成了很大的挑战。只有粒子的相关性可以解释实验的数据,大量粒子的相关性十分重要,比如:为了计算相互碰撞的博斯——爱因斯坦凝聚体的系统特征,他们在实验中发现碰撞导致了一种特别的量子波。在特定位置上发现了很多粒子,在相邻位置上则没有发现任何粒子。w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

如果将原子看成是分离、单个的粒子,那么他们不能解释实验的数据,只有充分考虑粒子的量子分布特性,以所有粒子相关性的事实为依据,才能通过计算重新展现特别类型的量子波。研究小组以同样的方法计算了一些其它现象,比如:使用一种激光束对“博斯—爱因斯坦凝聚体”进行搅动,对凝聚体施加了一些漩涡能量,从中产生了某种典型的由大量粒子共同参与的量子效应,实验结果仍然显示大量粒子的相关性十分重要,在量子计算中必须包含相关性的因素,但在计算时出现了数学的困难,由于应用了激光的作用,对博斯—爱因斯坦凝聚体的计算模型进行了特定修正。研究小组希望将修正的方法应用到其它的量子系统,不仅适用于博斯—爱因斯坦凝聚体,而且适用于其它的量子系统。w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

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(编译:2016-1-27)w4O高三学习网-高考复习资料-复习计划与学习方法解题技巧-高三复习网

原子原子云

“^_^”、“*_*”、“^o^”、“^_~”粒子原子,如果一个量子系统的组成不是几个部分,而是多个部分,那么这个系统极难拆分和分析,不仅对单个氢原子的计算是困难的,而且对数千个氢原子组成的“原子云”的计算也是如此,物理学家时常使用有些粗糙的近似法……

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