地球的引力可能迫使我们在太空时做量子实验

本篇文章1064字，读完约3分钟

北京，6月17日(科学日报)——先前被忽视的重力对量子系统的影响可能会扰乱量子实验。如果这个结果被证实，这意味着一些量子研究在地球上可能是不可能的。

不管你怎么努力，你不能同时在两个地方，但是电子可以。量子力学定律告诉我们，亚原子粒子以叠加态存在，直到测量导致其波函数崩溃。然而，一旦这些物体足够大，它们就会失去量子属性。这个过程被称为退相干，主要是因为较大的物体和环境之间的相互作用迫使它们只能处于一个位置。

物理学家一直通过阻止外力对物体的影响来进行量子实验。2010年，加州大学圣巴巴拉分校的一个团队将一根60微米长的金属棒冷却到略高于绝对零度(零下273.15摄氏度)，以避免温度波动，从而使其处于大约几纳秒的叠加状态。科学家希望将更大的物体，如病毒，置于叠加状态，但现在看来它们仍然面临一个更基本的障碍——重力。

根据16日《新科学家》杂志网站上的报道，哈佛大学的伊戈尔·皮科夫斯基和他的同事计算了如果在地球引力场中进行量子实验会发生什么。他们发现重力时间膨胀效应可能会导致大系统失去量子属性。

皮科夫斯基的计算表明，处于叠加态的分子也应该经历这种时间差，这将破坏它们的量子态。这是因为分子中的原子键像弹簧一样振动。如果一个分子处于离地面不同高度的两个状态的叠加状态，如果每个状态的振动频率不同，叠加状态就会崩溃。

皮科夫斯基说，如果进行一项实验，将1克碳(约为原子的10次方到23次方)置于叠加状态，并使它们垂直分离1微米，地球引力场将导致实验在1毫秒内退相干。然而，像电子这样的小粒子不会受到时间膨胀的影响，因为它们没有可移动的成分。

目前，皮科夫斯基的观点仍只是理论性的，但他认为可以用原子钟来检验——原子钟处于垂直叠加状态，它同时在两个频率上滴答作响，因此会发生退相干。

牛津大学的安德鲁·布里格斯打算用振动碳纳米管的大规模叠加实验来测试皮科夫斯基的理论。如果得到证实，这意味着物理学家可能不得不离开地球引力去月球或太空对宏观物体进行量子实验。

总编辑圈

爱因斯坦预言重力会减慢时间。原子钟实验表明，由于引力场强度的微弱差异，你的头会比脚稍微老一点，住在二楼的人可能会比住在一楼的人稍微老一点——大约每年10纳秒。虽然这是一个很短的时间尺度，因为许多人没有概念，甚至没有听说过，宏观世界和微观量子世界有不同的规则。如果卫星用于与地面的量子通信，重力可能会有致命的影响。如果这一理论得到证实，不仅会推动科学家们在太空进行研究，还会给长距离、大跨度量子通信产业的发展增加新的障碍。(记者陈丹)

(编者:胡彦明)