这些硅油液滴有些奇怪,不只是他们在培养皿上的弹起的方式,他们实际上复制了很多量子力学的奇异现象,但我们只能在某种特殊情况下才能看到,而这一集的真理元素(Veritasium)频道的解释,可以帮助我们的专注在量子粒子的新假设。
但首先,为什么这些油滴会弹起?根据上面的实验,真理元素的Derek把一个装满硅油的培养皿放在扬声器上使其震动。
通过用牙签产生液滴,他可让它们沿着表面悬浮,在油和液滴之间的微博空气层上弹跳,但空气不会微博到让它们重新结合。
每次液滴反弹时,它会在皿中产生一种驻波,上下震荡。
液滴不只是产生驻波,它还会与下一次反弹时产生相互作用,如果它一直着陆在驻波的同一边,小滴会向被推进,科学家称这种现象“步行者。”(Walker)
但真正有趣的是这些液滴的行为,它们比量子微粒大多了,它们大约有1毫米,但科学家最近发现,他们可以用这些液滴来复制许多量子力学的奇异现象。
以经典的双缝实验为例,在传统的量子力学中,双狭缝实验涉及在两个狭缝处发射粒子束,例如电子。
在另一边,电子不像预期的结束在狭缝里的两个不同区块,如你所料,它们产生干扰型态,在狭缝尾端散落的到处都是。
这甚至发生在你发送电子通过的一瞬间,它是量子力学中令人困惑的现象之一。
利用这些弹跳油滴,你也可以复制双缝实验,并观察驻波(或称为前导波)在两个狭缝中穿梭,而液滴本身只穿过一个。
但液滴并不是总是在一直线上移动,因为它们被这些驻波影响着,所以你的液滴和量子干扰型态的结果非常类似,都在狭缝尾端散落。
(附注:这也许是我们看到最好也最简单的双缝实验示范。)
这真的很奇怪,但液滴也展现一种相同的量子隧道现象,这可以使一个物体穿过障碍物,一般正常状况下,它是没有足够的能量穿过障碍物。
如果你观察一个“步行者”油滴被限制在一个环形物内,如培养皿,并不断地追踪他弹离驻波后的怪异行径,你可以产生一个概率密度,显示在任何时间在培养皿上任何地方发现液滴的可能性。
事实证明,它就像电子被限制在一个量子环内的概率密度,那是非常怪异的,但绝不是巧合。
所以为什么这些液滴和量子粒子那么相似?
我们让Derek在以上的影片中解说,只是,观察这些弹跳液滴可以帮助物理学家(和我们其余的人)将人类小小的注意力集中在一些量子力学具有竞争性的假设上,就如同哥本哈根诠释和前导波理论。
想想看,想想哪个比较合理,或只是惊讶油滴奇异弹跳的反物理现象,你会有你的想法。
如果你想要找出更多关于油滴或水的悬浮行为,请查看长青频道上不可思议的事件,影片中甚至可以将粒子漂浮在太空中。