超流体与玻色-爱因斯坦凝聚

宏观量子相干

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往平静的池塘里丢两颗石子,涟漪散开、交错,在波峰相加或相消的地方织出一圈圈明暗相间的规整花纹。这种井然有序、齐步前进的样子,物理学家称之为相干。通常只有极微小的东西——单个电子或光子——能保持这种波动的整齐;一旦撞上日常世界,它几乎瞬间就被搅乱了。

宏观量子相干,说的是这样一种令人吃惊的情形:单独一道共享的量子波,竟能在整整一块肉眼可见的物质里保持完美的步调——一整滴超流体、一个超导环、一团凝聚的原子云。由于每个粒子都被锁进同一道波,整个物体作为一体便拥有一个确定的量子相位,它能做出只有波才做得到的事:自我干涉、无阻流动,并且只以固定的、量子化的份量打转。

这之所以重要,是因为它是超流体与超导体行为如此古怪的深层缘由,也是医院里那种极其灵敏的磁探测器等真实器件的根基。一个诚实的提醒是:这种相干很脆弱,平常会被热和碰撞摧毁;它只在一些特别的态里才能在人那么大的尺度上存活,而且要保持极冷,与周遭隔绝得很好。

把一个玻色-爱因斯坦凝聚劈成两团,再让它们飘回来彼此交叠,它们会织出明暗相间的条纹,与两道交叠的水波一模一样——这正证明了整团原子云原本踏着同一个共享的量子节拍。

同一个凝聚的两半彼此干涉,显出那一道共享的量子波。

这里保持同步的“相位”,既不是温度也不是压强,而是一个更抽象的量子记账量,像波峰出现的时机——正是这个共享的相位,而非任何单个原子的位置,让那些奇迹成为可能。

又称
large-scale quantum coherence宏观量子相干