重大发现！量子世界中，物体跟其动量方向“反着走”

在日常生活中，物体的运动方向同它们的动量方向必定是一致的。而两位来自约克大学的数学家 Munich 与 Cardiff证明在量子世界中，粒子具有的一种独特的性质，即可以朝着所受推力的反方向运动。

从微观尺度上来看，量子粒子其实可以部分沿着与动量相反的方向运动，这种独特的特性被称为“回流”（backflow）。

量子世界中的波能被反射早已是物理学界的共识，比如电子能在晶体结构中来回反射。我们知道，如果在宏观世界中把小球往前扔，小球就会向前方运动；但如果我们在量子“小球”上施加一个向前的力，该小球的概率波则会向后反射，所以我们在后方“找到”小球的几率反而会更高。

这一性质首次在存在有外力作用下的量子粒子中被发现。而在此之前，科学家们只知道，在不存在任何外力作用的情况下，自由粒子的可能呈现反动量的运动性质。

通过结合分析与数值方法，研究人员也精确估计了这种“回流”现象的强度。结果表明“回流“它总是存在的，但影响很小，或许这就可以解释为什么“回流”至今还没有被测量到。该发现为进一步研究量子力学铺平了道路，并可应用于以后的量子技术领域的实验。

图丨量子力学中物质的概率波

约克大学的数学系研究员 Henning Bostelmann 博士谈到，"新的量子力学粒子的理论分析表明，这种‘回流’效应在量子物理学中是普遍存在的。我们证明‘回流’现象总能出现，哪怕是一个受到外力的运动中的量子粒子，‘回流’现象也会出现。‘回流’现象同粒子的波粒二象性和量子力学中的概率概念有关，这一现象已在理想自由粒子（无外力作用）的情况下被很好的理解。”

卡迪夫大学数学学院研究员 Gandalf Lechner 博士说到:“力当然可以使粒子向后移动，也就是反射粒子，这样自然会增加‘回流’。不过我们可以证明，即使在一个完全无反射的介质中‘回流’现象依旧存在。另外，在反射存在的情况下，我们发现“回流”仍存有小的影响，并估计了它的大小。”

慕尼黑工业大学研究员 Daniela Cadamuro 说到, “量子力学中的‘回流’效应所来已久，但仅一直在无外力作用下的自由量子粒子的情况下被讨论。自由量子粒子理想化、不一定真实存在的情况，而现在我们已经证明了‘回流’在外力存在的情况下依旧存在，这说明外力不会破坏‘回流’效应。这是一个激动人心的新发现，我们希望找到存在最大回流量的最优量子粒子构型，以验证我们的理论。”

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编辑：张轶林

参考：

https://phys.org/news/2017-07-breakthrough-discoveryevery-quantum-particle.html

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