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澎湃新闻|量子涨落首次在人体大小物体上测得：移动10的负20次方米

澎湃新闻采访人员 虞涵棋
澎湃新闻|量子涨落首次在人体大小物体上测得：移动10的负20次方米100000000000000000000分之1米（10的负20次方米） ， 这是美国麻省理工学院（MIT）一面40公斤重的镜子 ， 被量子涨落“踢”了一脚的位移 。
“氢原子的尺寸大约是10的负10次方米 ， 也就是说 ， 这个位移之于氢原子 ， 就像氢原子之于我们 。 ”MIT卡弗里天体物理和太空研究所的科学家Lee McCuller表示 。
作为一种精妙的微观现象 ， 量子涨落还是首次在与人体同等量级的物体上被观测到 。 此前科学家们只观察到量子涨落移动了纳米级别的材料 。 这多亏了镜子装置设计得足够灵敏：正是这面镜子 ， 参与了2015年人类首次发现引力波的成果 。
相关论文于北京时间7月1日晚间发表在世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志上 。
量子涨落
【澎湃新闻|量子涨落首次在人体大小物体上测得：移动10的负20次方米】与我们日常的视角不同 ， 量子力学描述的是微观世界里的机制 ， 它们往往会颠覆我们的宏观世界观 。 例如 ， 量子力学认为真空非空 ， 无数粒子会瞬时诞生 ， 又瞬时湮灭 ， 如海上潮水一样涨落 ， 构成了一种量子背景噪音 。
我们的身体 ， 也浸泡在这样起起伏伏的量子场中 ， 时时刻刻经受“潮水”的侵袭 。 只不过 ， 人体本身的热能和运动幅度太大了 ， 量子涨落这点影响就像蜉蚁撼树 。
然而 ， 这次实验证明 ， “大树”并非纹丝不动 ， 而是在量子涨落效应下移动了10的负20次方米 。
若非是位于LIGO激光干涉引力波天文台的镜子 ， 难以得到如此精确的数字 。
灵敏的镜子
引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论 ， 被形象地比喻为“时空的涟漪” 。 时间和空间会在质量面前弯曲 ， 时空在伸展和压缩的过程中 ， 会产生振动传播开来 ， 这些振动就是引力波 。
LIGO激光干涉引力波天文台设计了两条呈L形的真空管道 ， 长4公里 ， 末端各放置一面镜子 。 L中间的拐点处有个激光源 ， 沿两条管子各同时发射一束激光 。 我们知道 ， 正常情况下它们应该同时被镜子反射 ， 回到中间点相遇 。 但如果遇到引力波的扰动 ， 就会出现时间差 。
显然 ， 为了确定是引力波造成的结果 ， 实验装置需要排除各种外界噪音 。 在成功测得引力波后 ， MIT的这个团队进一步打开脑洞：LIGO能不能探测到更微小的波动 ， 例如装置内部的量子涨落？
通过加装一种“量子压缩器”来持续调节LIGO装置中的量子噪音 ， 研究人员得以排除其他常规噪音的影响 ， 得出镜子有10的负20次方米的位移来自于量子涨落 。
同时 ， 他们也从测量量子噪音出发 ， 探索出了降低量子噪音的方法 ， 有助于进一步提高LIGO的灵敏度 ， 聆听来自宇宙更深处的微弱引力波 。
责任编辑：李跃群
校对：丁晓
澎湃新闻 ， 未经授权不得转载 。 新闻报料：4009-20-4009


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