剛剛，基礎物理理論突破！百年物理學難題被破解

剛剛，百年物理學難題終結！科學家首次精確描繪出原子如何像吉他弦一樣“安靜”下來，而又不違反量子世界的鐵律——不確定性原理！

現在，你輕輕撥動一根吉他弦。它振動，發出美妙的聲音，然後漸漸歸於沉寂。這個能量逐漸耗散的過程，在物理學上被稱爲“阻尼”。一百多年前，物理學家霍勒斯·蘭姆就用經典力學完美解釋了它。

聽起來很簡單。天經地義，沒有任何疑問，對吧？

但在量子的微觀世界裏，這件“小事”卻成了困擾物理學家近一個世紀的幽靈。

◆ 01 一個讓愛因斯坦都頭疼的“量子噩夢”

當主角從吉他弦換成一個振動的原子時，一切都變得詭異起來。因爲在量子世界，有一個至高無上的法則——海森堡不確定性原理。

在量子的世界裏，上帝總是留了一手。你越是想精確地看清一個粒子的位置，就越是摸不準它的脈搏（動量）。

過去所有的理論模型，在試圖描述原子如何“阻尼”並失去能量時，都會在這個法則面前“翻車”。它們要麼算不準，要麼算準了就會意外地“違反”不確定性原理，彷彿允許我們同時精確知道原子的位置和動量——這在量子世界是絕對禁止的。

這個問題，就像一個解不開的數學噩夢，攔住了幾代頂尖的物理學家。

◆ 02 格局打開：從一個原子到一個家

現在，這個噩夢被終結了。

來自美國佛蒙特大學的物理學家丹尼斯·P·克勞爾蒂和南·H·丁，在7月7日《物理評論研究》上發表了一篇名爲《量子蘭姆模型》的論文，提出了一個全新的解法。

他們是怎麼做到的？答案是：升維思考。

他們不再孤立地盯着那個振動的原子，而是把它和它所處的整個環境（模型裏是一根長長的弦）看作一個相互連接的“大家庭”。

他們不再問“這個原子怎麼了？”，而是問“這個家（系統）發生了什麼？”一旦格局打開，問題就迎刃而解。

通過這種“多體問題”的視角，並運用一種名爲“多模玻戈留波夫變換”的強大數學解碼器，他們成功地對這個極其複雜的系統進行了精確求解。

◆ 03 終極答案：“被擠過的”真空

解碼之後，一個驚人的事實浮出水面：當系統達到最低能量的穩定狀態時，它並非處於普通的“真空態”，而是進入了一種奇特的“多模壓縮真空態”。

這是什麼意思？

現在你手裏有個水氣球。如果你用力把它在水平方向上壓扁，它就會在垂直方向上鼓起來。

“壓縮態”就是這麼回事。系統通過一種精妙的內部調整，把位置上的不確定性給“擠”了出去，代價是讓動量上的不確定性變得更大。

這就像量子世界裏的一場“平衡遊戲”，它把位置的不確定性轉移到了動量上。總賬不變，卻爲我們撬開了一條進行超精密測量的縫隙。

這個巧妙的“騰挪”，既完美地描述了能量如何泄漏（阻尼），又嚴格遵守了不確定性原理。一個世紀的難題，就這樣被優雅地破解了。

◆ 04 這不只是理論，它關乎未來

你可能會問，這麼抽象的理論，和我們有什麼關係？

關係巨大！這項突破最直接的應用，就是超精密測量。事實上，人類最頂尖的科技已經用上了類似的技術。2017年獲得諾貝爾獎的引力波探測，就是利用了“壓縮光”的技術，才測量到了比一個質子還小几千倍的空間漣漪。

引力波探測用的是壓縮“光”，而這項新研究告訴我們，壓縮“物質”也是可行的。

如果說引力波探測器是人類聆聽宇宙心跳的“順風耳”，那這項新理論，可能就是我們未來製造出丈量原子世界的“火眼金睛”的設計圖紙。

從開發前所未有的量子傳感器，到操控量子信息，這項基礎物理的突破，爲無數前沿科技打開了新的大門。

當然，目前這還是一項理論成果，下一步需要實驗物理學家在真實的原子系統中去驗證它。但無論如何，物理學的天空，又一次被點亮了。

參考文獻:

Clougherty, D. P., & Dinh, N. H. (2025). Quantum Lamb model.Physical Review Research, 7, L032004.