蓝黑裙子图片-黑蓝白金裙子之迷原图
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OFweek激光网讯:科学家拍到了光的波粒二象性,有图有真相。不过,裙子是蓝黑色还是白金色当然不受此影响!
学过高中物理的读者可能都知道,量子力学告诉我们,光同时具有粒子性和波性,但我们看到的要么是波,要么是粒子。电子显微镜就利用了波粒二象性来显示样品的结构,电子的波长很短,可以用来观察更小的样品。在爱因斯坦时代,科学家就一直在努力,设法同时、直接看到光这两方面的性质。最近,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家成功拍摄出有史以来张光同时表现出波粒二象性的照片。这一突破性成果发表在3月2日的《自然·通讯》杂志上。这一成果为量子计算机开辟了新途径。
瑞士洛桑联邦理工学院科学家拍摄的有史以来张光既像波,
同时又像粒子流的照片。2015 EPFL
此前一条裙子颜色的“二象性”引起网友热议
当紫外光照在金属表面时,会造成发射电子的现象。爱因斯坦将此解释为入射光的“光电效应”,推动了量子力学的诞生,他因此获颁1921年诺贝尔物理学奖。
光电效应示意图:来自左上方的光子冲撞到金属表面,
将电子逐出金属表面,并且向右上方移去。
光被认为既是一种波,也是一束粒子流。EPFL的一个由法布里奥·卡彭领导的研究小组进行了一次“聪明的”反向实验:用电子来给光拍照,终于捕获了有史以来张光既像波,同时又像粒子流的照片。
激光给纳米线上的带电粒子增加了能量
实验设置大致为:发出一束激光脉冲照射微细的金属纳米线。激光给纳米线上的带电粒子增加了能量,使它们振动起来。光沿着这条微细纳米线以两个可能的方向传播,就像高速路上的车辆。当波以相反的方向传播,互相碰在一起时,就会形成一种新的波,看起来像停驻在那里。在此,这种驻波成为实验中的光源,向纳米线的周围辐射。
实验示意图
实验设备就是这个家伙
实验中所用的技巧在于,研究人员发射了一束电子接近纳米线,用这束电子来给停驻的光波拍照,当电子和驻波在纳米线上相互作用时,它们要么加快,要么减慢。用超快显微镜拍摄这一速度改变的位置,就能使驻波变得可见,就像光的波性指纹。
而这种现象不仅能显示出光的波状特性,同时也显示了粒子特性。当电子接近光驻波时,它们会“撞击”光粒子,也就是光子,这会影响它们的速度,让它们的速度更快或更慢。这种速度的变化显示了电子和光子之间的能量“包”(量子)的交换,正是这些能量包的出现,显示了纳米线上的光的粒子性。
“这项实验次证明了我们能直接拍摄量子力学现象及其矛盾的性质。”法布里奥·卡彭说。此外,这项开创性研究的重要性在于它能把基础科学拓展到未来技术上。“能在纳米尺度拍摄并控制类似这种量子现象,也为量子计算机开辟了新途径。”
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