量子力學重大突破!美學者發現非厄米系統與空間彎曲為一體兩面

Newtalk新聞 | 科技 | 詹詠淇 綜合報導
1970-01-01T00:00:00Z
普渡大學物理學與天文學教授周齊(Qi Zhou, 音譯)。   圖:翻攝自美國普渡大學網站
普渡大學物理學與天文學教授周齊(Qi Zhou, 音譯)。   圖:翻攝自美國普渡大學網站

美國普渡大學(Purdue University)教授發現,在量子力學中,非厄米(non-Hermitian)量子力學與物理空間概念中的彎曲特性為同一概念中的兩種表現。

該研究收錄於科學期刊《自然-通訊》(Nature Communications),為普渡大學物理學與天文學教授周齊(Qi Zhou, 音譯)的研究。傳統理論認為只有把平面彎折,才能形成有弧度的空間。不過在此份研究中,周齊發現非厄米系統與物理空間概念中的彎曲特性可聯繫起來,讓人們對曲面和非厄米系統有全新見解,使原先被視為互不相關的問題得以被解決。

至於什麼是非厄米系統?必須先提哈密頓算符(Hamiltonian),哈密頓算符是量子力學中的一個可觀測量,對應於系統的總能量。周齊以量子粒子於晶格結構(晶體內部的原子排列)內的跳躍情形解釋。若它往左及往右跳躍的機率相同,就是哈密頓算符,反之就是非厄米系統。

周齊指出,在過去,非厄米系統與空間彎曲特性的議題一直被視為不相關的,而非厄米系統的古怪特性又是困擾物理學家幾十年的難題。「可是如果從曲面空間的角度去理解它,那麼所有的問題都迎刃而解。」也就是說這兩者為同一事物的兩面性,如同硬幣的正反兩面。

合作研究員呂臣維(Chenwei Lv, 音譯)進一步說明,在非厄米系統中,量子粒子所處的空間是彎曲的,因此當晶格中的量子粒子進行非對稱量子穿隧效應(Quantum tunneling effect)時,就是在沿著曲面運動。該研究成果是從本質上對非厄米量子現象解釋,為學界前所未有的突破,也替過往被視為詭異的非厄米量子現象做出解答。

研究指出,此發現有兩項重大意義,一是未來科學將可利用非厄米系統模擬空間內的量子特性;二是未來研究者也可以透過空間中的曲面特性來探索更多的非厄米系統特性。

美國普渡大學(Purdue University)教授發現

在量子力學中,非厄米(non-Hermitian)量子力學

與物理空間概念中的彎曲特性為同一概念中的兩種表現。

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