量子理论最令人困惑的一个方面就是观察者效应,观察和测量某事物——只是观察和测量——无论如何小心,都会以某种方式改变被观察事物的状态。伟大的爱因斯坦反对量子力学的一个理由之一就是:如果所有人都不看天上的月亮,难道月亮就会不存在了?

现在看,很有可能。

研究人员已经通过理论模型发现这种效应可以改变能量流动中粒子的运动方向,使粒子逆流而上。

这一想法最早出现在魏茨曼科学研究所在1998年的一篇著名论文里。该文提出,观察行为改变了电子在通过小孔时的行为。当没有被观察时,它们表现为粒子和波;当存在观察时,它们只能表现为粒子。

研究人员对该现象进行了深入的研究,其中包括一份2011年的文章,证明了当测量其位置时,通过小孔移动的光子的动量受到干扰。

由巴斯克地区大学的ÁngelRubio和马克斯·普朗克研究所PMSD领导的这项最新新研究涉及热运动和粒子的测量。

我们都知道“流动”是如何形成的。构成流体的粒子通常在一个方向上运动——从上到下,或从较高的温度流向较低的温度。但是在量子装置中,该团队发现,观察行为使得粒子可以流向另一个方向。

“我们证明,在标准的热电纳米器件中,电流和热流不仅由温度和电势差决定,而且还受到控制元器件相干性的局部量子观测器的外部作用影响,”研究人员在他们的论文中写道。

“根据观察发生的方式和位置,热运动的分子和电荷的方向可以单独控制,事实上,我们能看出,量子材料中的电流和热流可以抵抗自然界的温差和电压。”

他们发现当量子观测器在某些点测量系统时,它对电流的方向有影响。当没有观察者时,与常识一致,热量从温暖流向向寒冷。当在某个位置观察时,流量被放大了。当在相对位置观察时,携带热量的粒子改变了运动方向,从冷向热移动。

下面,您可以看到艺术家对量子观察者的作用的印象,因为它适用于水流:取决于观察者的位置,以及视线落在图中的哪一部分,水将被赋予不同的流动方向。

量子力学的观察者效应能产生能量?
credit:123RF

这似乎违反了鲁道夫·克劳修斯在1854年热力学第二定律的陈述:“热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体。”

但是按照Rubio的说法,这个模型里没有这样的东西。“其中发生了外力将观察者插入系统,这就变成了某种障碍,就像你要关闭了水龙头。”他解释说。

“显然,如果反向负荷开始增长,那么最终会出现相反方向的流动,换句话说,观察者将系统的状态投射到以相反方向传输电流或能量的状态。

这一发现可用于带有方向控制的量子传输,在纳米级系统中的潜在应用涵盖热电,自旋电子注入,声子和传感等领域。

当然,未来还有很长的路要走,在现实世界中创造用于实际的系统需要相当多的工作。

“从理论的角度来看,我们只是提出了一个简单的模型,理论可以很容易地验证,因为过程中所有的能量和熵都保留在系统里。”卢比奥说。

“通过实验实现这个过程将是另一回事,虽然需要利用到的设备都是已有的,生产出它们也是可行的,但是现在还无法做到受控的实验。”

所以,这些量子在相当一段时间里还可以向着自然的方向前进。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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