进入到微观世界,量子力学占据着主导地位,这些微观粒子拥有独特的物理规则,可以通过奇怪的方式运动,我们甚至都不能够计算这些粒子可能出现位置。
而在宏观世界,物体遵循着牛顿经典力学和相对论,篮球沿着抛物线运动,宇宙中的天体严格按照物理公式运动,我们可以轻松观察计算出当前物体的大致位置。
量子力学无法解释所有物体
科学家长期以来一直在解决量子力学的局限性,在宇宙中,一些物体遵循量子力学进行运动,但很多宏观物体遵循经典力学和相对论进行运动,两大现代物理学支柱却是相互矛盾的领域。
按照量子力学的说法,世界万物都由微观粒子构成,理论上所有的一切都应该遵循量子力学的定律,但是在日常生活中,我们几乎看不到量子力学理论出现的情况。
比如我们在打台球,理论上来说,白球有几率穿过其他球甚至穿过台球桌,但是人类在世界上打了无数次台球,并没有发生这类情况,球撞击球,才是不变的事实。
为了让量子力学进入宏观世界,科学家需要考虑量子力学的极端情况——最大量子态。
在日常生活中,几乎所有的宏观物体都不会按照量子力学希望的那样运动,这些由微观粒子组成的宏观事物,在不知不觉中失去了量子态。
那么我们想知道,微观粒子组成多大的物体后,量子态才会消失,最大量子态的极限是多大?当物体超越最大量子态,不再适用于量子力学时,应该如何转变物理理论?
最大量子态,堪称量子力学中的“光速”
在相对论中,光速是一个非常重要的概念,物体在低速运动时,可以利用牛顿经典力学解决绝大多数的问题,但是当物体的速度接近光速,经典力学的基本概念就会受到挑战,相对论则成为核心。
在没有发现最大量子态之前,量子力学就像是“经典力学”,只能研究最基础的微观粒子运动状态,而事物到达或接近最大量子态,开始失去量子特性后,量子力学就需要全新的进阶理论去解释极限状态的物理规则。
目前科学家正在使用粒子振荡器寻找最大量子态,科学家也戏称其为“量子之王”。
粒子振荡器就像是一颗球在两个地方来回运动,每次接触到目的地,就会略微增加粒子数量,从而更接近最大量子态极限。
在实验初期,粒子的运动遵循量子力学,没有明确的位置也无法计算其出现的特定时间,但是每一次弹射,粒子都会在量子领域中增加,随着粒子接近最大量子态极限,粒子的运动会逐渐变得可预料。
当粒子开始按照抛物线运动,那么最大量子态也就出现了。“量子之王”,可以在这个实验中被量化,就像人类定义光速一样定义最大量子态。
目前科学家正在测试不同粒子的最大量子态,从而定义目前量子力学的极限所在。
虽然现在量子力学无法突破最大量子态的极限,但科学家希望可以通过最大量子态,让量子力学重新解释引力,从而统一宇宙四大基本力。
未来量子力学如果可以突破最大量子态,开始解释宏观物体,那么量子力学很有可能成为“大一统理论”!