量子物理存在時空極限,電子的時間、空間永遠無法同時精確量測

作者 | 發布日期 2026 年 07 月 14 日 13:43 | 分類 尖端科技 , 自然科學 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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量子物理存在時空極限,電子的時間、空間永遠無法同時精確量測

我們從海森堡測不準原理說起,這條量子力學核心概念指出,我們沒辦法「同時」精確知道一個電子的「位置」和「速度」,其中一個量得越精確,另一個就越模糊,反之亦然,這不是儀器問題,而是大自然本身規則。

大家已接受這個原理將近 100 年,但科學家還有個疑問:位置與時間是否受同等規則約束?答案是:有,且現在第一次被實驗直接證實。

德國雷格斯堡超快奈米顯微研究中心 Jascha Repp、Rupert Huber、Franz Giessibl、Klaus Richter 團隊,與馬克斯·普朗克物質結構與動力學研究所理論物理學家 Angel Rubio 團隊合作,發現對電子移動時間的測量越精確,其量子波包在空間的限制就越不緊密。

雷格斯堡超快奈米顯微研究中心團隊利用超精密雷射脈衝,在僅幾個原子直徑寬的縫隙間追蹤單一電子量子隧穿行為,將電子穿越時間精度壓縮至飛秒等級,發現想將電子「穿越時刻」量得越精確,需要提供的能量就越多,結果電子量子波包在空間上擴散得越開——空間位置越模糊。

白話來說:你想知道電子「什麼時候穿隧」,就必須投入更多能量;但投入的能量越多,電子波包就被「震」得越散,你對於它「在哪裡」更搞不清楚。

研究人員解釋,這就是量子力學的時空極限(space-time limit)——位置與時間也存在類似海森堡原理的根本取捨,我們無法同時將兩者掌握得清清楚楚。

對未來科技影響

從長遠來看,這些研究成果可能讓電子元件、量子資訊處理在電子運動固有速度極限下運作,比目前主流 CMOS 技術快數十萬倍。

另一方面,高度集中的電子脈衝可能作為啟動和控制化學反應的新方法,科學家可以精確選擇時刻將能量引導到特定鍵上,而不是加熱整個材料或將其長時間暴露在輻射下。

(首圖來源:pixabay

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