看板 Gossiping作者 jackliao1990 (jack)標題 [爆卦] 新實驗顯示量子穿隧效應非瞬間發生時間 Tue Oct 27 21:42:28 2020
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2490-7
量子穿隧效應指是指像電子等粒子能夠越過位能障壁的量子行為(儘管位能障壁高度大於
粒子總能量)。這在古典力學中不可能發生，但在量子力學中卻可以給出合理解釋。人類
已經將此效應應用於隧道二極體、掃描隧道顯微鏡等電子器件。
然而多年來，物理學家對"量子穿隧需要多少時間？"這個問題一直沒有定論。理論計算可
以得到穿隧過程超光速這個結果(這不代表資訊傳播速度也超光速，所以並沒有違背狹義
相對論)。質疑者認為量子力學中，粒子的位置是不確定的，這使我們難以判斷粒子究竟
是何時進入和離開位能障壁，因此也無法判斷此過程何時開始與結束。
在今年之前，量子穿隧速度的最精細測量值來自去年澳大利亞格里菲斯大學的Igor
Litvinyuk領導的團隊，他們測量氫原子中的電子穿出原子的速度。
他們使用極短雷射脈衝照向原子，這輕微地擾動了電子，增加電子穿隧的可能性。接著他
們測量了雷射脈衝的亮度何時達到峰值，並假設這便是電子開始穿隧的瞬間；當電子一穿
出原子，他們就測量電子的逃逸速度和方向，再利用這些訊息算出電子何時從位能障壁的
另一邊出現。
最終他們測得電子在不超過1.8阿秒(10^-18)的時間內從原子中穿隧而出，輿論認為這個
測得的時間長度雖然幾乎為0，但並不能說電子在位能障壁中存在的時間為0。因為這個研
究並沒有檢測電子在位能障壁中存在的時長。
最近這幾個月，測量又有了突破，多倫多大學Aephraim Steinberg的團隊在《自然》上發
表了一篇新論文，文中敘述透過計算原子在位能障壁中存在的時長，他們測得了量子穿隧
所需時間。
他們利用藍色雷射構成的位能障壁，將超冷銣原子推入雷射位能障壁。利用原子自旋，他
們將原子自身當成微小的計時器。這些原子就像微小的旋轉陀螺，當它們通過磁場時，陀
螺會繞圈擺動。透過追蹤原子在磁場中的擺動方向就可以追蹤時間。他們製造了一個只存
在於位能障壁中的磁場，並測量原子進入這個位能障壁之前和之後的擺動位置，然後根據
測量結果算出原子在這個雷射位能障壁中停留了0.61毫秒後才從另一側穿出來。
實驗結果表明量子穿隧的時間不為0，而且位能障壁的厚度和原子的速度決定了原子停留
的時長。
究竟哪個實驗結果更接近真相？是接近瞬間發生還是需要毫秒的時間？兩種實驗結果的差
異來自於物理學對於如何在量子尺度下定義時間的爭論。數年來物理學家對時間作過不同
的定義，每個定義各有其意義但有時它們又會做出互相矛盾的預測。
"或許它們都對。"Litvinyuk這樣回答，他認為兩個實驗結果之間並沒有什麼爭議或差異
。因為他們所使用的時間定義是不同的。
分析和比較這兩種不同的測量方法，可能有助於科學家更接近時間的真相。
--
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 123.192.157.138 (臺灣)
※ 文章代碼(AID): #1Vc2F7ka (Gossiping)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1603806151.A.BA4.html
※ 編輯: jackliao1990 (123.192.157.138 臺灣), 10/27/2020 21:42:57
→ scum5566: 幹 我早就想到了，只是沒寫下來4F 10/27 21:43
※ 編輯: jackliao1990 (123.192.157.138 臺灣), 10/27/2020 21:44:35
→ rainjuly: 我早就做出來了 只是我攝影機記憶卡剛好用完8F 10/27 21:44
推 bbosiq: 我也這麼覺得10F 10/27 21:45
推 venomsoul: 所以意思是，原本認為的穿隧效應是在障蔽的一邊消失，在另一邊出現，但實際上還是透過運動過去的？11F 10/27 21:45
推 ralfeistein: 她吃一個下午茶 我馬上吃一個下午茶
這就是我們兩個相愛的方式14F 10/27 21:46
推 pp0731: 早就知道了16F 10/27 21:48
→ gameguy: 我進來了，我又出去了，打我啊17F 10/27 21:48
推 Tattoo: 跟我想的一樣21F 10/27 21:56
推 VOLK11: 量子穿隧時間本來就不為0
因為時間本身也會流動26F 10/27 22:08
推 sa0128: 果然是這樣啊28F 10/27 22:08
→ puyo: 位能障壁就是29F 10/27 22:08
推 airva: 快推 不然別人以為我看不懂30F 10/27 22:09
推 mnb1234: 我知道，五年才會穿越回來31F 10/27 22:09
推 JayceYen: 嗯 我十年前夢到的終於有人驗證出來了 當時都沒人聽得懂我在說什麼34F 10/27 22:23
推 kerorobear: 幾年前就在學餐跟朋友討論出來了，教授叫我們別亂想36F 10/27 22:33
推 girafa: 可以請說中文嗎 謝謝37F 10/27 22:37
推 s9623452: 我打給戈巴契夫 也是沒人接阿39F 10/27 23:24
推 jjvh: 能量傳輸既然需要時間，那為啥會覺得穿隧不用時間。這實驗困難度是在怎麼量，而不是這想法很新穎40F 10/27 23:42
推 ccjj8: 量子糾纏43F 10/28 00:37
推 ylh007: 每次看到這種話題就忍不住點進來看推文45F 10/28 05:31
推 shala: 幾年前我就説過了，唉46F 10/28 07:41
推 PhySeraph: 我國小睡午覺時想到的 只是日記本太小 寫不下48F 10/28 10:11
→ Demia: 我之前在推文裡說過了啦。49F 10/28 10:24
--