小時(shí)候在小區(qū)蕩秋千，媽媽推我一把，我能蕩得老高，可不管多使勁，最后總會(huì)慢慢停下來；吉他課上老師撥弦示范，“do”的一聲剛落，聲音就像被風(fēng)吹走似的，越來越輕——這些“慢慢消失的振動(dòng)”，物理學(xué)家給了個(gè)名字：阻尼諧振子。

經(jīng)典物理里，牛頓定律能把這過程算得明明白白：空氣阻力、繩子摩擦，把振動(dòng)的能量一點(diǎn)點(diǎn)“耗”掉了。但到了原子那么小的量子世界，這事兒居然卡了整整90年？！

量子世界的“振動(dòng)難題”：不是算不清，是“規(guī)則”不允許

量子世界的玩法和宏觀完全不一樣——比如你想測(cè)一個(gè)原子的位置和速度，根據(jù)海森堡不確定性原理，越精準(zhǔn)地知道其中一個(gè)，另一個(gè)就越模糊。之前的理論家們?cè)噲D描述“量子版阻尼振動(dòng)”，要么得忽略“阻尼”（能量損耗），要么得破壞“不確定性”（強(qiáng)行精準(zhǔn)測(cè)量），始終沒法湊齊倆條件。

這僵局，直到美國(guó)佛蒙特大學(xué)（UVM）的一對(duì)“師徒”出手才打破：教授DennisClougherty和學(xué)生NamDinh（從本科讀到博士，跟著這個(gè)問題啃了3年），把1900年英國(guó)物理學(xué)家HoraceLamb的經(jīng)典阻尼模型“量子化”了。

Lamb當(dāng)年研究的是“固體里一個(gè)振動(dòng)的粒子，怎么把能量傳給周圍原子”，用牛頓定律算通了經(jīng)典情況；但量子世界里，得把這個(gè)原子和固體里所有其他原子的互動(dòng)全算進(jìn)去（這叫“多體問題”，之前沒人敢全算，因?yàn)樘珡?fù)雜）。師徒倆用了個(gè)數(shù)學(xué)技巧——把復(fù)雜的相互作用拆解成能算清楚的“模塊”，終于得到了量子阻尼諧振子的精確解！

解決它，居然是為了做“世界上最小的尺子”？

別覺得這是“純理論游戲”——這解法藏著大用處：它能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)原子位置的“不確定度”會(huì)怎么隨周圍原子的互動(dòng)變化。

舉個(gè)大家聽過的例子：2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)給了引力波探測(cè)器，它能測(cè)到比原子核還小1000倍的距離變化——靠的就是“壓縮真空態(tài)”（一種量子技巧，把位置的“量子噪聲”壓到最小）。而這次的發(fā)現(xiàn)，剛好能讓科學(xué)家把原子的位置不確定度壓到“標(biāo)準(zhǔn)量子極限”以下——簡(jiǎn)單說，未來可能做出比引力波探測(cè)器還精密的“尺子”，測(cè)的是比原子核還小的距離！

從“秋千”到“量子”：90年謎題的答案，藏在“較真”里

有意思的是，解決這個(gè)問題的不是什么“大團(tuán)隊(duì)”，而是一對(duì)“咬定問題不放”的師徒：Dinh從2024年本科畢業(yè)，2025年拿了碩士，現(xiàn)在還在UVM讀數(shù)學(xué)博士——這問題他跟著Clougherty教授啃了3年，終于把“經(jīng)典秋千”和“量子原子”的邏輯串通了。

就像Clougherty說的：“量子世界不是‘不講理’，是我們得‘把所有細(xì)節(jié)都算進(jìn)去’——比如這個(gè)原子和旁邊1000個(gè)原子的互動(dòng)，一個(gè)都不能漏。”

現(xiàn)在，這個(gè)困擾物理學(xué)家90年的謎題終于有了答案。而它的應(yīng)用，可能比我們想象的更“接地氣”：比如幫芯片廠測(cè)到原子級(jí)別的誤差（讓芯片更精準(zhǔn)），或者幫天文學(xué)家“聽”到更弱的引力波（找宇宙里的暗物質(zhì)）——甚至未來醫(yī)生可能用它測(cè)細(xì)胞里的分子運(yùn)動(dòng)，早一步發(fā)現(xiàn)癌癥。

你看，小時(shí)候玩過的秋千，居然藏著量子物理的大秘密。

那你覺得，未來這“世界最小的尺子”，會(huì)先用到哪個(gè)領(lǐng)域？是修芯片還是找暗物質(zhì)？

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