德(dé)國馬普學會量子光學研究所的科學(xué)家(jiā)完成一項實驗,將原子(zǐ)排列(liè)在光學柵格(gé)點(diǎn)陣中,這些原子通過“精確”的擾動偏離(lí)平衡狀態,通過觀測其動(dòng)力學行為,獲得這些處於光學柵格(gé)中(zhōng)相(xiàng)互間有相互作用的單個原子的動力學數(shù)據,首次實現固體中相互關聯原子(zǐ)係統的動力學行為模擬研(yán)究。
據科學家們,可將光(guāng)學柵格想象為由激(jī)光形成的裝雞(jī)蛋的箱子,它是(shì)利用激光(guāng)形成的一種特殊構造,其中有按照一定周期有規律出現的“凹(āo)穴”,在每個“凹穴”中可以“放置”一個原子,尤如(rú)在雞蛋箱的每個“凹穴”中放置一(yī)枚雞蛋。一旦原子處於這樣(yàng)的結構中,其行為將(jiāng)與在自然狀態(tài)下一致,可以對其進行精確的測量(liàng),而這種測量在自然狀態的固體物質中是無法進行的。通過(guò)精確測定,可(kě)以研究複雜的量子係(xì)統如何進入(rù)平衡(héng)態,溫度(dù)是如(rú)何出現,典型的量(liàng)子係統如何隨(suí)時間轉(zhuǎn)變為(wéi)強相互作(zuò)用的多粒子係統,係統如何在(zài)原子(zǐ)間相互作用下(xià)形成平衡狀(zhuàng)態,好比可以觀察到原子如(rú)何“入睡”的過程。
科學家們認為(wéi),該項研究結果對物(wù)理學中古老而又具有重(chóng)大意義的基礎性問題給出(chū)了一些重要的新(xīn)認識和解答(dá)。比如說,可以解釋為什麽偏離平衡狀態的(de)係(xì)統可以恢複其平衡狀態,物質的物態如溫度等是如何產生的。原子是構成物質的基(jī)礎單元,其大小隻有千(qiān)萬分之(zhī)一毫米,遠小於可見光(guāng)的波長,肉眼不能觀(guān)測到,在固體中這些微小粒子大多數呈有序排列狀態,氣體中則呈無序狀態。不論原子處於什麽聚集狀態下,人們在(zài)現實中一般(bān)僅能(néng)見到由大量(liàng)原子集合構成的(de)宏觀物質。因為在原子(zǐ)尺度上的自然規律是(shì)“量子律”,在量子世界起作(zuò)用的規律(lǜ)與我們日常世界完全不同(tóng),從人(rén)們的直覺來看(kàn)是無(wú)法解(jiě)釋並且是佯謬的。例如在量子世界,要指出原子的精確位置,就是(shì)沒(méi)有意義的事(shì)情,再(zài)比(bǐ)如宏(hóng)觀世界非常自然的“溫度”概念,在微觀世界如何解釋就是一件並非簡單的事(shì)情,物理基本方程中對溫度並沒有給出(chū)定義。因(yīn)此,人們認為研究單個原子的行為(wéi)是很難想象(xiàng)甚至是荒唐的,這一首創的實驗將使一情況根本改變(biàn)。
同時,科學家認為,此項(xiàng)實驗成果可以為研究密集強相互作用多粒子體係提供新手段,形成“量(liàng)子模擬”的新方法,比(bǐ)傳統的模擬計算法要功能強大很多。目前研究(jiū)交互作用多粒子體係,通常通過超級(jí)計(jì)算(suàn)機進行模擬計算,運行時間長達多個星期,並且已經達到其能力的極限。該項研究在理論分(fèn)析和超級計算機模擬計算方(fāng)麵得到德國慕尼(ní)黑大學和柏林(lín)自由大學科(kē)學家的支(zhī)持。
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