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不用破坏海森堡不确定性原理物理学家发现了它的一个漏洞

2025-09-30 12:58阅读：

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不用破坏海森堡不确定性原理物理学家发现了它的一个漏洞
By Larissa G. Capella published 19 hours ago
Physics & Mathematics
通过用一种叫量子网格的东西，科学家们已经发现了一种不用违反海森堡不确定性原理来聪明的同时的测量动量和位置的方法。
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不用破坏海森堡不确定性原理物理学家发现了它的一个漏洞

(Image credit: gremlin/Getty Images)
物理学家已经不用打破海森堡的偶像的不确定性原理测量了粒子的动量和位置。
r> 在量子力学中，粒子没有日常物体做的那样的固定属性。相反，它们存在于一个可能性的迷雾中直到被测量为止。当某些属性被测量时其他属性变得不确定。按照海森堡的不确定性原理，来同时的知道一个粒子的确切位置和确切动量是不可能的。
但一项新研究已经表明围绕这个限制有一个巧妙的漏洞。澳大利亚的物理学家已经证明通过集中在被称为模块可观测量的不同量上，他们能同时的测量位置和动量。
悉尼大学物理学家、该研究的主要作者克里斯托夫·瓦拉胡告诉《生活科学》杂志，“你不能违背海森堡的不确定性原理，我们做的是移变这种不确定性。我们扔掉一些我们不需要的信息，如此我们能以更高的精度测量我们确实关心的” 。
对瓦拉胡和他的团队诀窍是不是直接的测量动量和位置，而是来测量模块动量和模块位置——这捕捉这些量在一个固定尺度内的相对位移，而不是它们绝对值。
瓦拉胡说，“想象你有一把尺子。如果你只测量某个物体的位置，你会读取当前在多少厘米，然后多少毫米过了那个位置。但在一个模块化测量中，你并不关心你处在哪个厘米处。你只关心与上一个标记你处在多少毫米上。你抛开整体位置，只保持跟踪小移变” 。
瓦拉胡说，这类测量在量子传感场景中是重要的，因为目标往往是探测被微弱力或场造成的细微移变。量子传感被用来拾起普通仪器往往忽略的信号。这种水平的精度总有一天使我们的导航工具更可靠和甚至我们的时钟更精准。
在实验室里，研究团队转向一个单个被捕获的离子——一个被电磁场把持住的带电原子。他们使用调谐激光将离子哄引成一种叫网格态的量子模式。
在一个网格状态下，离子的波函数像一个尺子上的刻度线那样均匀的散布出去成一系列等间距峰。不确定性被集中在这些刻度线之间的间隙中。研究人员用这些峰作为参考点：当一个小力挪动离子时整个网格图案轻微的位移。一个峰形的微小横向偏移表现为一个位置中的变化，而网格图案中的倾斜反映动量中的变化。由于测量仅关注相对于峰的位移，位置和动量的变化能被同时读取。
这就是力进来的地方。在物理学中，力是造成动量随时间变化和位置来移动的。通过观察网格图案如何移动了，研究人员测量了作用在离子上的微小推力。
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这个约10尧牛（10^-23牛顿）的力不是世界纪录。瓦拉胡告诉《生活科学》杂字，“人们已经被这个两个数量级的幅度打败，但他们在非常大的和成本高的实验中用大的晶体。“我们之所以感到兴奋的原因是我们用一个不是那么复杂的捕陷的原子和有点可扩展的能获得极高的灵敏度 “。
即便取得的力不是最低的，但它证明科学家能从非常基础设立得到极高的灵敏度。这种来感知微小变化的能力跨科学有广泛影响。超精密量子传感器可改善在GPS信号覆盖不到区域如水下、地下或太空导航，它也提升生物和医学成像。
瓦拉胡在一份声明中说，“就像原子钟彻底改变了导航和电信一样，用极高灵敏度的量子增强传感器可以打开全新行业的大门”。
https://www.livescience.com/physics-mathematics/physicists-find-a-loophole-in-heisenbergs-uncertainty-principle-without-breaking-it

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