|
二○一二年十月九日，瑞典皇家科學院宣布，諾貝爾物理獎將頒給法國物理學家哈洛許（Serge Haroche）和美國物理學家溫藍德（David J.Wineland），以表彰他們採突破性的實驗方法探索「單一量子系統」。這，關我們什麼事啊？其實代誌大條了！
「量子」在哪裡？
無所不在！量子就是自然界中各種交互作用發生時，能量改變或交換的最小單位，就像樂高積木再怎麼拆裝，一次都得移動至少一小塊，而無法只移半塊，而這一小塊樂高積木，便是物理世界中的量子。
很多人以為愛因斯坦在一九二一年獲得諾貝爾獎是因為「相對論」，其實不然—為他拿下這個獎的，是他在一九○五年提出的「光電效應理論」。光電效應理論主張光能量的小樂高積木就叫「光子」。
如果你搭時光機回到一九○五年殺掉愛因斯坦，讓他無法發表光電效應理論，那麼你再回到現在時，會發現數位相機、雷射科技、很多遙控器、自動門等等全都會不見，連桌上未繳的超速罰單也可能消失，因為它們全是量子理論下的產物。更別說當今電子產品中廣泛使用的電晶體了，它大約從六○年代起就讓電腦硬體科技慢慢擺脫巨大的真空管！
連結宇宙中的最大和最小！
量子理論除了主張宇宙中能量的最小單位是量子，也是目前唯一能解釋造物主如何打造日月星辰的機制。
宇宙學中主張，在宇宙年齡約為10的40次方分之一秒時，曾經歷一段短暫的加速膨脹過程叫「暴脹」，在當時如果沒有所謂「量子擾動」輔助，之後就很難自然地產出今日的你我。也就是說，量子理論是目前唯一能配合暴脹理論，解釋為何宇宙中的物質分布在大尺度上看起來很均勻，但在較小的尺度上卻有著不均勻的日月星辰和你我。
當今電腦費時十五萬年才能解出的問題，在量子電腦裡僅需一秒便能得到答案。
人人都有影分身？！
所以量子理論到底在講什麼？似乎目前整個宇宙中的大小事都和它有關。除了以上的「樂高積木說」之外，量子理論最重要的主張之一，是認為物質在微觀上是以機率波的形式存在。倘若以投手投出的棒球為例，則當球進壘時，它會無所不在地以不同比例同時出現在好球帶和壞球帶，但當捕手伸手去接它時，它則會選擇在比例最高的地方以單顆完整球的形態被接住。聽起來很怪吧？
然而量子理論雖弔詭，卻能成功推導出上述的宇宙中的大小事，使我們的手機及電腦能正常運作，所以科學家們對它深愛不已。另方面，這種「無所不在」的概念卻又違背日常的經驗，對此科學家們也同感尷尬。如果這說法是真實的，那當你坐在家中看電視時，其實你有一小部分的比例是同時在外面逛街、在月球上漫步、在火星上挖沙，就像影分身一樣！這也是霍金不久前同意「黑洞中的資訊可以被量測到」的原因，因為裡面的物質和資訊有一小部分的比例其實是同時存在於黑洞外的。影分身的概念就是量子性的重要特徵。
諾貝爾獎的玄機？
鋪陳了許久，終於可以一探今年物理獎的偉大了。兩位得主的貢獻，即在成功地讓人類第一次觀察到基本粒子以機率分布而存在的量子性。溫藍德用精心設計的離子井成功困住單一顆原子，而 哈洛許則用幾近絕對零度的雙反射鏡困住單一顆光子。
這兩顆可憐的基本粒子（原子和光子）在受困、與外界隔絕的環境下，竟然都顯現出量子性，但當外物進入該環境去探索它們或當它們被釋放出來時，這些量子性便會消失。我笑說這兩顆基本粒子在受困時的狀態，就像是打坐已入定的人可以還原出自己的本性，但當外人前來叨擾或融入日常時，它們的本性便很容易變質且不易被觀察到。這項實驗及觀測技術上的突破，不但使科學家們對先前又愛又恨的量子假說產生關鍵性的信心，也讓量子電腦和精準手錶問世在即！
|
