如果人縮小成量子尺度會怎樣？| 好奇的北極狐

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文 / @Luyao Zou @李治林

漫威電影《蟻人》中，Scott Lang 穿上特製的蟻人服，就會縮小到螞蟻大小，還會進入量子世界。當然，現實中並沒有把人隨意縮小的裝置。假如人真的能縮小到量子尺度，會發生什麼呢？

量子尺度沒有固定界限。通常，物體小到幾個納米的時候，就會呈現出明顯的量子效應。這時你的尺寸大約是細菌的千分之一，包含了成千上萬個原子。如果縮小到比納米更小，就進入量子世界了——那裡是分子和原子的天下。

量子世界的基本設定，和我們平時看到的宏觀世界很不一樣。如果一個人縮小到量子尺度，他就同時具有了粒子和波的屬性，也叫「波粒二象性」。 當然，用宏觀世界的形狀比喻量子世界是不準確的，你只要接受這個設定就好。

量子大小的人穿過一個狹縫時，不會完全按照直線路徑抵達固定的地點。相反，他有機會抵達狹縫後的很多地點，但是抵達每一個地點的幾率卻不一樣。 如果他多次穿過狹縫，在每次抵達的地點都留下印跡，那他一次又一次穿過狹縫之後，有的地方印跡就多，有的地方印跡就少，會連成一片波紋的模樣。這就是波的性質了。

*單縫衍射

如果量子人奔跑著沖向他的朋友，他們也會撞到一起，然後相互彈開，這就是粒子的性質了。但如果他一遍遍地重複衝撞，他們相互彈開的軌跡方向，又和穿過狹縫的情形類似，會有波紋一樣的概率分布。

*量子尺度的粒子碰撞演示

如果量子人掉到比他大不了多少的狹小空間里，他奔跑的能量就會變得「量子化」。也就是說，他運動的能量是一份一份增加的，像跳著上樓梯。而宏觀世界裡，人運動的能量可以連續增加，像在斜坡上走路。

量子世界對顏色的感知和宏觀世界很不一樣，人眼可見的光波，波長在 400-700 納米，比原子和分子大得多。因此，可見光會繞開比波長小很多的量子人。 單個原子或分子無法像宏觀物體那樣反射可見光，不意味著可見光不會和它們作用：原子和分子可能會吸收特定波長的光的能量，比如紅光或者藍光，把這份能量變成自己的。這就是被「激發」的過程，是能量量子化的體現。我們大概可以通過量子人「激發」的狀態，來判斷原子和分子吸收了哪種顏色的光。

量子世界一方面非常奇特，從另一個角度講卻異常單調。在量子世界，我們沒有辦法區分劉看山和他的爸媽 。 萊布尼茨說，「世界上沒有一片相同的樹葉」；但是世界上所有的電子、所有的質子，都是一模一樣的。 因此，如果大家都變成了量子人，就真的「泯然眾人矣」。

特別鳴謝中科院物理所提供科學顧問。5 月 19 日，中科院物理所和劉看山帶一起進入奇特的微觀物理世界，體驗納米、高壓、低溫的奇妙旅程。

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