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量子力學瘋狂預言:一個光子切成兩半會多出…


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基本粒子無法被物理切分,但一組物理學家決定追問:如果非要試試呢?他們以光子為對象做了理論推演,結果令人瞠目——試圖把一個光子切成兩半,不會產生兩個更小的光子,而是會憑空變出無限多個光子來。


這項由挪威奧斯陸大學 Johannes Skaar 團隊發表在《物理評論快報》上的研究,設計了一個思想實驗:讓單個光子穿過一個光學快門,也就是一面能快速阻斷部分光脈沖的高速鏡子。如果快門足夠快,就能在光子穿過途中截住它,切掉其延展波的一部分。團隊應用了描述光子電磁場在量子層面行為的方程,追蹤快門介入後量子態的演變。

結果是,快門並非在一側留下一個光子、另一側留下真空,而是生成一個同時包含無限多光子的疊加態。原因在於,量子力學中空的空間並非真正的"空",它充滿了電磁場的量子漲落。快速切換的快門擾動了這些漲落,自發地創造出新的光子。然而,如果只看快門緊鄰的區域,狀態看起來卻出奇地正常:一側像一個光子,另一側像真空,與經典直覺無異。



這一結果生動地展示了量子粒子與日常物體有何不同,並引出了關於量子測量和信息定域性的更深層問題。Skaar 團隊計劃進一步研究涉及多個光子或其他基本粒子(如電子)的情況。這不僅是數學上的奇觀,更觸及了我們對現實本質的理解邊界。




一分為二的光子概念圖(Shutterstock)
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