http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2015-06-20
以前被忽视的地球引力（重力）对量子系统的影响，很可能会扰乱量子实验。如果这一结果得到确认，意味着一些量子研究或将无法在地球上进行。
不管怎么尝试，你都不能同时出现在两个地方,但电子可以。量子力学的规律告诉我们，亚原子粒子以叠加态存在，直至测量导致它的波函数坍缩。而一旦物体足够大，就会失去量子特性，这个过程被称为退相干，这主要是因为较大物体与环境的互动，迫使它们只能处于一个位置。
物理学家们一直在通过阻隔外力对物体的影响来开展量子实验。2010年，美国加州大学圣芭芭拉分校的一个团队将一个60微米长的金属条冷却到刚刚高于绝对零度（零下273.15摄氏度），以免其产生温度波动，才得以使它保持了大约几纳秒的叠加态。科学家们希望能将更大的物体，比如病毒，置于叠加态，但现在看来他们还面临着一个更根本的障碍——重力。
《新科学家》杂志网站16日的报道称，哈佛大学的伊戈尔·皮科夫斯基和他的同事计算了在地球重力场中做量子实验会出现什么情况。他们发现，引力时间膨胀效应可能会导致大型系统失去其量子特性。
皮科夫斯基的计算表明，处于叠加态的分子也应该经历这种时间差，而这会破坏其量子态。这是因为，分子内的原子键像弹簧一样在不断振动，如果一个分子处于距地面高度不同的两种态的叠加，每一种态的振动频率不同会导致叠加态坍塌。
皮科夫斯基说，如果开展一个让1克碳——大约10的23次方个原子——处于叠加态的实验，能让它们垂直相距1微米的话，地球引力场将在1毫秒之内导致实验退相干。而更小的粒子如电子因为没有可移动的构成成分，不会受时间膨胀影响。
目前，皮科夫斯基的观点仍然只是理论，但他认为可以通过原子钟进行检验——让一个原子钟处于垂直叠加态，它会同时以两种频率发出滴答声，从而发生退相干。
牛津大学的安德鲁·布里格斯准备用振动碳纳米管的大规模叠加态实验测试皮科夫斯基的理论。如果得到证实，这意味着物理学家可能不得不脱离地球引力前往月球或者太空开展宏观物体的量子实验。（记者陈丹）
总编辑圈点
爱因斯坦曾预言，引力会减慢时间。原子钟实验显示，由于引力场强度的微弱差异，你的头会比脚老得快一点儿，住二楼的人可能比在一楼老得快一点儿——每年约10纳秒。尽管这是一个短到很多人没有概念甚至没听说过的时间尺度，但宏观世界和微观量子世界有不同的规则，如果使用卫星与地面进行量子通讯，重力将可能产生致命的影响。本理论如获证实，不但要将科学家赶到太空去进行研究，更给远距离高跨度的量子通讯产业发展又添新障碍。
[中科网-科技日报]
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量子力学将迎“二次革命” 科学家重新审视量子世界
“自量子力学诞生以来，人们主要在做一件事：求解薛定谔方程。这促使了激光、晶体管、核能等的产生。”中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿这样评价量子力学的第一个100年：“人们只关注能‘做什么’，不去问‘为什么’。”
然而，量子信息的发展打破了僵局。量子纠缠、非局域性等新概念，促使科学家开始重新审视量子世界的本质。
“新实验方法和手段的出现，提供了更多研究量子世界奥秘的有效工具，对量子力学的基础问题进行实验研究成为可能。”郭光灿说。
于是，在量子力学将进入新阶段的大背景下，国内首届“量子力学二次革命”论坛日前在合肥召开。
别问“为什么”
美国著名物理学家理查德·费曼会在第一堂课时告诫学生，不要问量子力学“为什么”，因为没人知道。
“量子力学仍有很多基础问题亟待解决。”中国科学技术大学教授韩永建引用了量子力学创始人之一尼尔斯·玻尔的话：谁不对量子物理感到困惑，他肯定不懂它。
“微观理论和经典世界的矛盾导致了爱因斯坦与玻尔之争。”郭光灿说，爱因斯坦认为，量子力学理论的不完备导致了量子世界的概率性、非局域性；而坚持“眼见为实”的玻尔认为，量子世界是虚幻的，只有对量子世界进行测量后的结果才是真实的。
虚拟的微观世界如何筑成真实的宏观世界？玻尔并未给出令人信服的解释，爱因斯坦也没找到能被实验证实的更完备理论。
100年来，以玻尔为首的“哥本哈根学派”被认为是量子力学的正统诠释。该诠释虽不令人满意，但其后一些企图替代它的理论，漏洞并不比玻尔理论少。“哥本哈根学派是量子世界的‘执政党’，现在要看哪个‘在野党’有可能‘革命’。”韩永建比喻说。
事实上，哥本哈根学派的“执政地位”已受到挑战。先后有“量子惠勒延迟选择——光的波粒叠加实验”和“弱测量直接观测波函数”挑战了玻尔的互补原理和“波函数非物理实在”的观念。
少数派的“二次革命”
玻尔曾将经典世界比作“一个四壁布满探测器的房间”，这些探测器可解释房间里发生的所有事情——无论是氢原子光谱，还是多体系统的性质，都没跳出这个房间。
“量子力学的二次革命，就是要打开房间里的窗户，看看外面到底是什么。”韩永建说，量子信息发展的新技术、新概念，有可能对房间外面的信息进行实验检验。
郭光灿表示，量子力学“二次革命”的号角吹响于2014年。为纪念贝尔不等式50周年，《自然—物理》杂志发表量子力学专刊，提出“二次革命”的口号。随后，《自然》杂志刊登题为《“量子战鼓”已经敲响》的周评。不过，“客观地说，‘二次革命’这个命题还不是主流，只有少数科学家关注。”郭光灿认为，在目前乃至相当一段时间里，该领域将是学术界的“冷门”和“少数派”。
从事物理学哲学、物理学史研究的中科院自然科学史所副研究员高山对此颇为认同：“人们至今对量子理论的诠释很多还停留在哲学层次。我相信有了（特别是实验）物理学家的重视，这个领域在5～10年内会有重要进展。”
“反哺”基础命题
郭光灿表示，当新的实验事实积累到某种程度时，人类中的“爱因斯坦二世”就会诞生，新理论将应运而生。“这是我对量子力学第二次革命的期待。而当务之急是运用已发展的量子技术进一步研究量子世界，发现更丰富的实验事实，为探索新理论打下扎实基础。”
在北京大学物理学院现代光学研究所研究员何琼毅看来，随着量子技术的提高，是时候“反哺”一些量子力学的基础命题了。
“在量子力学第一次革命中，中国人来不及，而现在我们处于国际同一水平，是作贡献的时候了。”郭光灿说，100多年都没人能回答清楚“为什么”作量子力学研究，所以不能迷信权威。
“对量子力学‘为什么’的探索将是个艰苦的过程，研究者要勇于开拓。”郭光灿说：“我们目前处在学术研究空前自由活跃的时期，年轻人要有志气抓住机遇去迎接这个历史性挑战。”
[中青网-南方网]