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量子力学疯狂预言:一个光子切成两半会多出…


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基本粒子无法被物理切分,但一组物理学家决定追问:如果非要试试呢?他们以光子为对象做了理论推演,结果令人瞠目——试图把一个光子切成两半,不会产生两个更小的光子,而是会凭空变出无限多个光子来。


这项由挪威奥斯陆大学 Johannes Skaar 团队发表在《物理评论快报》上的研究,设计了一个思想实验:让单个光子穿过一个光学快门,也就是一面能快速阻断部分光脉冲的高速镜子。如果快门足够快,就能在光子穿过途中截住它,切掉其延展波的一部分。团队应用了描述光子电磁场在量子层面行为的方程,追踪快门介入后量子态的演变。

结果是,快门并非在一侧留下一个光子、另一侧留下真空,而是生成一个同时包含无限多光子的叠加态。原因在于,量子力学中空的空间并非真正的"空",它充满了电磁场的量子涨落。快速切换的快门扰动了这些涨落,自发地创造出新的光子。然而,如果只看快门紧邻的区域,状态看起来却出奇地正常:一侧像一个光子,另一侧像真空,与经典直觉无异。



这一结果生动地展示了量子粒子与日常物体有何不同,并引出了关于量子测量和信息定域性的更深层问题。Skaar 团队计划进一步研究涉及多个光子或其他基本粒子(如电子)的情况。这不仅是数学上的奇观,更触及了我们对现实本质的理解边界。




一分为二的光子概念图(Shutterstock)
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