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爱因斯坦又错了?  

2010-05-25 13:54:27|  分类: 新鲜科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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阿尔伯特·爱因斯坦说过,这是不可能做到的,然而在空气中曲折行进微观粒子的速度现在已经可以直接测量出来了。

运用相同的技术,这种测量方法终于能迫使玻璃小球呈现出通常只有处于亚原子状态下的对象才能看到的量子力学行为。

在液体或气体中的微观粒子遵循着布朗运动——抖动着的随机运动,是相互邻近的微粒无数次相互碰撞的结果。

爱因斯坦于1907年研究过这种运动,他预示,微观粒子的动能—— 也就是其速度的平方—— 应正比于它周围的温度。但直接要测试这个想法,即所谓的能量均分定理,对作布朗运动的粒子来说,是很难做到的。这是因为经过许多次的粒子碰撞,导致了粒子非常快地改变它的速度和方向。
受困于光
如果一个粒子的位置可以够快地被测量出来,就有可能在碰撞、敲击使它偏离方向之前测出它的速度。但是,爱因斯坦预言两次碰撞间的极短时间尺度会导致这种测量成为“不可能”。

由奥斯丁(美国德克萨斯州首府)德克萨斯大学的马克·雷曾(Mark Raizen)所领导的研究小组 ,已经找到一种方法,它至少可以在空气中测量出处于这种状态下的粒子速度。由于空气的密度比水低,所以粒子碰撞的频率也比较低,微观粒子要经过相对较长的时间尺度来改变其运动方向。

为了测量粒子的速度,该小组用两个激光束来捕获在空中的一个像尘埃大小,3微米范围内的玻璃小球。玻璃小球在激光四周运动时,会使激光偏移,由此研究小组可以多次测出粒子因碰撞而使它偏离原来运行方向的位置,测出了这些位置,就使他们取得了每5毫秒内粒子的移动速度,并由此直接证明了能量均分定理的成立。
量子论的不可思议
“这当然是一个重要的成果,能够在这样短的时间内直接测量布朗运动中粒子的速度”,德国的哥廷根大学的克里斯托夫·施密特(Christoph Schmidt) 说。 “从技术上讲,跟踪时间和空间分辨率很高的个别粒子现在已成为可能,最终仅限于我们在每秒钟内,能有多少个光子可与所研究的粒子起相互的作用。”

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                                  一个在5微米范围内的玻璃小球被困在激光空中(图片:科学/美国科学促进会)

从长远角度来看,雷曾表示,他希望运用激光来帮助阻碍粒子的运动,使它粒子的速度减缓以致使它可以处于最低的能量状态。这样就可能让他的研究小组去研究在量子效应已占有主导地位的领域内的玻璃小球。相类似的技术,作为一种方法已经用来研究怎样创造出呈现量子行为的动物。

这样的一个系统可以用来研究一个呈现“重合现象”的相当大的物体,其中一个对象可以在多个状态或在多个位置同时出现。它也应该可以用来发现能量均分定理的偏差,因为量子力学所支配的对象都有一些动能,即使物体的温度是零也是这样。

http://vividscience.org/2010/05/25/einstein-2.html

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