奧地利和瑞士科學(xué)家已經(jīng)成功地將只有100到140納米寬的納米粒子冷凍，讓它們幾乎完全進(jìn)入最低能量的量子狀態(tài)，使它們的溫度僅比絕對(duì)零度高出幾百萬分之一度，并且可以精確的測(cè)量它們的空間位置。
一直以來，研究人員一直在穩(wěn)步增加粒子的大小，從原子到小分子，然后是大分子……他們希望得到表現(xiàn)出量子效應(yīng)的粒子能持續(xù)到何種尺寸。
宏觀狀態(tài)下，每個(gè)物體都有自己的位置，我們可以通過坐標(biāo)系統(tǒng)精確地確定一個(gè)物體的空間位置。
當(dāng)進(jìn)入微觀世界，物質(zhì)達(dá)到量子級(jí)別，重力不再起作用，粒子將進(jìn)入一個(gè)所謂的量子疊加狀態(tài)——在測(cè)量它們之前，不可能說它們就在它們的位置，它可以在這里，可以在那里，也可以在別的地方。
但是當(dāng)粒子與周圍環(huán)境相互作用時(shí)，這種量子效應(yīng)往往很容易受到干擾，因此，隨著物體變大并經(jīng)歷更多的相互作用，建立疊加狀態(tài)會(huì)變得困難，這些相互作用幾乎瞬間疊加-坍塌。
量子疊加效應(yīng)的消失是由于粒子的大小限制？還是因?yàn)榱孔有袨榕c重力不相容（原子和分子可以忽略不?。?？
這些問題在量子理論的百年歷史中一直存在的問題。
另一個(gè)與精確測(cè)量粒子的空間位置相反的想法是，對(duì)于疊加態(tài)的粒子，根本就沒有明確的答案——"位置"的屬性定義不明確。當(dāng)我們看粒子時(shí)，我們?cè)趺粗懒Ｗ邮窃诏B加之前的粒子，還是現(xiàn)在的粒子？
所以，我們不需要精確知道粒子的位置，我們只要知道它們?cè)诳臻g出現(xiàn)的概率即可，就像波一樣，而且可以用波函數(shù)數(shù)學(xué)公式來描述。
當(dāng)粒子穿過屏幕上兩個(gè)狹小的隔縫時(shí)，量子干擾最為明顯。如果我們關(guān)注粒子到底穿過哪個(gè)縫隙，那么粒子的行為將很像水波，其波功能將同時(shí)通過兩個(gè)縫隙傳播，從而形成雙峰干涉。但是，如果我們?cè)诳p隙放置一個(gè)測(cè)量裝置來告訴我們每個(gè)粒子是否通過它，觀察粒子的路徑，那么干擾模式就會(huì)消失。
從理論上講，任何大小物質(zhì)都能表現(xiàn)出波動(dòng)性和粒子性，但是隨著物種尺寸的增大，物質(zhì)的波動(dòng)性不明顯。1999年，維也納大學(xué)的量子物理學(xué)家安東·澤林格用碳60進(jìn)行了雙縫實(shí)驗(yàn)研究這個(gè)問題，他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)清晰的干擾模式，證明即使是像C60這樣0.7納米的分子可以進(jìn)行干涉試驗(yàn)。
2011年，量子物理學(xué)家馬庫斯·阿恩特和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)碳基有機(jī)分子進(jìn)行干涉試驗(yàn)，每個(gè)原子最多430個(gè)原子，直徑高達(dá)6納米。2019年，他們用大約2000個(gè)原子的分子做到了這一點(diǎn)。2020年，他們用生物分子（一種叫做克麥地那A1的天然肽）進(jìn)行了干涉實(shí)驗(yàn)。他們的目標(biāo)是每年或兩年將粒子的質(zhì)量增加10倍，最后用生物進(jìn)行干涉試驗(yàn)，探索量子干涉的極限。
現(xiàn)在，量子力學(xué)似乎與現(xiàn)代重力理論（愛因斯坦的廣義相對(duì)論）不相容。量子世界是離散的和粒子性的，而相對(duì)論則把時(shí)空描述為平滑和連續(xù)。通常情況下，這種不和諧可以忽略，因?yàn)榱孔恿W(xué)描述尺度非常小的微觀世界，而廣義相對(duì)論描述大宇宙天體。如何將極小和極大聯(lián)系在一起，這是物理學(xué)界的一座圣杯，包括霍金在內(nèi)的幾代物理學(xué)家已經(jīng)為之傾盡畢生心血。
英國數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯認(rèn)為，在中尺度上，當(dāng)量子理論與廣義相對(duì)論相沖突時(shí)，后者將獲勝，破壞量子效應(yīng)。在廣義相對(duì)論下，任何具有顯著引力場(chǎng)的物體都會(huì)扭曲時(shí)空。但是，處于疊加狀態(tài)的物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)疊加的時(shí)空，這是廣義相對(duì)論不允許的情況，在此種情況下，重力將作出選擇，只能保留一種情況。那么在此種情況下，可以監(jiān)測(cè)到粒子重力，產(chǎn)生疊加的粒子重力也在發(fā)揮作用。
換句話說，將量子尺度擴(kuò)展到重力起作用的大小，并在波函數(shù)坍縮之間觀測(cè)到它們，那將是對(duì)量子力學(xué)本質(zhì)的巨大發(fā)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
https://www.quantamagazine.org/how-big-can-the-quantum-world-be-physicists-probe-the-limits-20210818/
