小时候在小区荡秋千,妈妈推我一把,我能荡得老高,可不管多使劲线上股票配资门户网,最后总会慢慢停下来;吉他课上老师拨弦示范,“do”的一声刚落,声音就像被风吹走似的,越来越轻——这些“慢慢消失的振动”,物理学家给了个名字:阻尼谐振子。
经典物理里,牛顿定律能把这过程算得明明白白:空气阻力、绳子摩擦,把振动的能量一点点“耗”掉了。但到了原子那么小的量子世界,这事儿居然卡了整整90年?!
量子世界的“振动难题”:不是算不清,是“规则”不允许
量子世界的玩法和宏观完全不一样——比如你想测一个原子的位置和速度,根据海森堡不确定性原理,越精准地知道其中一个,另一个就越模糊。之前的理论家们试图描述“量子版阻尼振动”,要么得忽略“阻尼”(能量损耗),要么得破坏“不确定性”(强行精准测量),始终没法凑齐俩条件。
这僵局,直到美国佛蒙特大学(UVM)的一对“师徒”出手才打破:教授DennisClougherty和学生NamDinh(从本科读到博士,跟着这个问题啃了3年),把1900年英国物理学家HoraceLamb的经典阻尼模型“量子化”了。
Lamb当年研究的是“固体里一个振动的粒子,怎么把能量传给周围原子”,用牛顿定律算通了经典情况;但量子世界里,得把这个原子和固体里所有其他原子的互动全算进去(这叫“多体问题”,之前没人敢全算,因为太复杂)。师徒俩用了个数学技巧——把复杂的相互作用拆解成能算清楚的“模块”,终于得到了量子阻尼谐振子的精确解!
解决它,居然是为了做“世界上最小的尺子”?
别觉得这是“纯理论游戏”——这解法藏着大用处:它能精准预测原子位置的“不确定度”会怎么随周围原子的互动变化。
举个大家听过的例子:2017年诺贝尔物理学奖给了引力波探测器,它能测到比原子核还小1000倍的距离变化——靠的就是“压缩真空态”(一种量子技巧,把位置的“量子噪声”压到最小)。而这次的发现,刚好能让科学家把原子的位置不确定度压到“标准量子极限”以下——简单说,未来可能做出比引力波探测器还精密的“尺子”,测的是比原子核还小的距离!
从“秋千”到“量子”:90年谜题的答案,藏在“较真”里
有意思的是,解决这个问题的不是什么“大团队”,而是一对“咬定问题不放”的师徒:Dinh从2024年本科毕业,2025年拿了硕士,现在还在UVM读数学博士——这问题他跟着Clougherty教授啃了3年,终于把“经典秋千”和“量子原子”的逻辑串通了。
就像Clougherty说的:“量子世界不是‘不讲理’,是我们得‘把所有细节都算进去’——比如这个原子和旁边1000个原子的互动,一个都不能漏。”
现在,这个困扰物理学家90年的谜题终于有了答案。而它的应用,可能比我们想象的更“接地气”:比如帮芯片厂测到原子级别的误差(让芯片更精准),或者帮天文学家“听”到更弱的引力波(找宇宙里的暗物质)——甚至未来医生可能用它测细胞里的分子运动,早一步发现癌症。
你看,小时候玩过的秋千,居然藏着量子物理的大秘密。
那你觉得,未来这“世界最小的尺子”,会先用到哪个领域?是修芯片还是找暗物质?
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