「油浴」能解開量子世界之謎？

Can an oil bath solve the mysteries of the quantum world?
http://phys.org/news/2013-11-oil-mysteries-quantum-world.html

Nov 01, 2013

過去八年來，二位法國研究者在一個振動的油浴（oil bath）中使液滴到處彈跳（bouncing）並觀察它們獨特的行為。而這個聽起來像是高中實驗的東西，事實上卻提供了史上首例證據，證明量子世界的奇怪特徵可在一個巨觀的尺度下重現。

現在，有許多研究者在問，油浴實驗是否能為量子力學以及更特定地：為何粒子能表現的像波，而波能表現的像粒子，提供洞見。

在本月（11 月）號的 Physics World 中，Jon Cartwright 帶我們仔細瞧瞧這對法國研究者所完成的一些關鍵實驗，但也發現並非所有的量子物理學家都確信它們將導致更深入的理解。

法國物理學家 Louis de Broglie 率先在 1926 年描述波粒二象性（wave–particle duality），但此現象一直以來都很難理解，因為沒有人曾在日常世界中觀察過同時又是粒子又是波的東西。

直到 2005 年，Yves Couder 與 Emmanuel Fort 發現，當油滴被釋放到振動油浴的表面上時，它們會開始上下彈跳而非沈浸在液體中，在下面創造出一系列波紋。藉由調整振動的振幅，他們能使油滴落在波的波峰（crest）上，並在油浴中到處彈跳。

這些波--油滴 ---- 或如同研究者所稱呼的「行者（walkers）」 ---- 顯然是巨觀尺度下波粒二象性的第一個證據。沒有油滴則波無法存在，而油滴沒有波則無法運動。

在開始實驗後的這幾年來，Couder 與 Fort 利用油浴來完成量子力學中數個經典實驗 -- 包括楊氏雙狹縫實驗（Young's double-slit experiment）-- 並發現，與原本實驗中所使用的「實體」相較，「行者」展現出許多相似性。

然而，行者所無法類比的量子力學領域是量子糾結（entanglement） -- 這個最詭異的量子現象描述，不管二粒子在宇宙中的距離有多遠，其物理狀態能以錯綜複雜的方式連結。

為了讓這事發生，一個波必須要佔據非常高維度的次元，故此粒子能影響非常遙遠的另一個，比光速還要快。然而，在行者系統中，波只會佔據二維度，由油槽的長與寬所賦予。

"若某人認為（量子糾結）是量子理論的中心，那麼它不可能在此（行者）系統中重現，" 紐約大學的 Tim Maudlin 表示。

的確，該雜誌聯繫一些物理學家與一些具有量子基礎背景的哲學家，並發現，絕大多數人都對於行者系統能闡明量子世界之謎表示懷疑。

Couder 與 Fort 的研究是否真能啟發物理學家尋找一個比量子力學還要深入的理論，Cartwright 下結論表示："要評斷還太早，不過有一點看起來卻很明確：每次觀看時，研究者們都會找到更多方法，在其中行者會展現出據稱的量子行為。"

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