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研究指出影响粒子飞行的非牛顿力
发布时间：2024-10-03 14:00:01来源：
当内布拉斯加州的赫尔曼·巴特拉恩及其同事最近提交了一份研究论文，证明存在非牛顿量子力量时，该期刊要求他们将“力量”牢牢地置于引号内。该团队理解并同意该请求。
毕竟，这个词长期属于古典牛顿物理学：相反和相反的反应，电磁学，引力和其他解释日常经验的苹果掉头现象的法则。相比之下，Batelaan和他的合着者在量子物理学的背景下使用这个词来描述无穷小 - 其中亚原子粒子的位置和速度是由概率而不是精确值定义的，其中电子同时表现得像粒子和波，以及其他反直觉模糊规则境界。
这个领域在1959年变得更加模糊，当时一项拟议的实验表明，仅仅靠近一支古典力量 - 而不是力量本身 - 可以将自己强加于物质世界。在实验中，两个电子流在线圈的任一侧航行，其磁场完全与那些电子隔离。
尽管电子流都没有通过实际磁场，研究人员确定电子的量子概率将经历可测量的变化，这取决于磁场的强度。后来的实验证实了这种所谓的Aharonov-Bohm效应的存在。
但如果奇怪效果的存在是无可争辩的，那么它的本质就不是。Batelaan的博士后顾问之一Anton Zeilinger介绍了一个定理，表明Aharonov-Bohm效应并不代表或产生一种力量。当Batelaan和其他人的后续实验证实这种效应没有延迟电子的到达时间时 - 预计会有一种力量 - Zeilinger定理得到了广泛的支持。
然而，在Zeilinger提出他的定理之后的几年，物理学家安德烈·谢兰科夫和迈克尔·贝里通过断言Aharonov-Bohm效应确实来自力量的量子等价来反驳它。即使这种力量没有使电子减速，Shelankov预测它可以通过偏转它们来改变它们的飞行轨迹。
“本身，你可以理解每种理论的推导，”内布拉斯加州物理学和天文学教授Batelaan说。“他们看起来都很正确，但他们彼此冲突。所以我们绞尽脑汁想出一个能给出答案的理论。我们知道必须有一个更大的框架。
“它要求解决理论冲突。它要求进行一项实验。“
所以Batelaan和他的同事，包括前博士生顾问Maria Becker，为自己设定了一个崇高的目标：展示Shelankov的预测，同时也适应Zeilinger的定理。他们在安特卫普大学进行的实验类似于之前的许多实验：电子束向纳米级棒的方向航行，其磁场与粒子隔离。当棒的磁化强度为零时，电子在反弹后形成的波状图案 - 类似于水中重叠的波纹的图案 - 是对称的。
然而，当团队提高磁化强度时，那些衍射图案变得不对称 - 间接证据表明非牛顿力向左或向右推动电子。正如团队预期的那样，扭转磁化方向也会颠覆不对称的方向，进一步支持量子现象的概念，这种现象可以像古典牛顿力一样影响物质。
Zeilinger定理?根据团队的分析，他所做的理论假设不适用于研究所暗示的侧向运动。鉴于此，Batelaan说，这项研究并没有使Zeilinger无效。相反，该团队在数学上表明，其Shelankov预测结果和Zeilinger定理是一个总体定理的两个特例。
Batelaan粗略地将这种情况与一个球开始沿平坦平台滚动的情况进行了比较。缓慢升高和降低该平台可以在一个平面上改变球的目的地，即使其速度和到达时间保持不变。俯视平台，观察者可能会错过任何转变; 只有在改变观点后才会显而易见。
Batelaan说，观点问题也可以解释这项研究。古典力量在当地运作，只影响与这些力量相邻的物质。但是量子力学 - 特别是量子纠缠，其中一个粒子的变化同时表现在另一个纠缠的粒子中，理论上可以存在于光年之外 - 不受距离的约束。
Batelaan表示，该团队的结果可能被解释为同样非本地力量的证据。
“在这里，我们的情况是非本地的，但与量子纠缠不同，”Batelaan说。“这是一个单粒子现象，而不是一个双粒子现象。那么，没有力量的事情的想法是否可以在不同的背景下应用?那是非常罕见的。这非常非常特别。我认为我们在这里所做的确实是另一个例子。
“我觉得这强调了大自然可能不是本地的想法。这是一个很大的问题。我这里做的事情是否影响到其他地方的事情，没有明确的中间人?“
Batelaan找到证据的事实并不意味着他必须喜欢它。
“我觉得这很恶心，”Batelaan笑着说道。“我生活在古典世界。我在周围看到的一切都是因为力量而发生的。如果有没有力量的事情发生，为什么我不能使用它们?为什么没有更多这方面的例子?
“作为一种物理原则，它必须无处不在。但我们(可能)只是太盲目而无法看到它。“
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