我們知道，新型量子模型適用于微觀尺度，材料而經典模型適用于宏觀尺度，連接量物理和但這兩種理解物理世界的經典模型互不兼容。通常情況下，物理在一種模型發揮作用時，新型另一種則完全失效。材料經典物理中的連接量物理和大部分規則在量子尺度都被打破，比如引力雖然能將整個宇宙連成一個整體，經典但在原子尺度卻幾乎可以忽略。物理而量子糾纏態用經典物理的新型任何定律都無法解釋。為什么經典模型在量子尺度內失效，材料而量子物理理論在宏觀領域同樣不起作用？兩者如何調和？科學家們深信，連接量物理和兩種模型間一定存在聯系，經典只是物理我們還毫無頭緒。
現在，約翰霍普金斯大學的研究人員找到了一種新型材料，它讓科學家有機會在肉眼可見的尺度下觀察到量子力學效應，這無疑為找到連接兩種模型的橋梁帶來了希望。
項目負責人 N. Peter Armitage 說道，“我們通常認為量子力學是針對微觀物體的一種理論，但這種材料中，量子力學效應在宏觀尺度上也出現了。實驗通過我們自己特制的裝置完成。”
Armitage 所說的“這種材料”是一種拓撲絕緣體。科學家在上世紀八十年代首次對拓撲絕緣體做出了理論預言，并于 2007 年首次將它制造出來。拓撲絕緣體的外層導電而內部絕緣。這導致電子會沿材料的表面運動，從而產生很多奇異的現象。例如，Armitage 的團隊發現當一束太赫射線（有時稱為 THz 或 T-rays，不在可見光范圍內）穿過鉍硒拓撲絕緣體時，拓撲絕緣體出現了輕微的轉動——這種效應迄今只在原子尺度內被觀察到。
在量子理論的數學框架下，這種旋轉可以得到理論預言。因此它成為研究人員首次在宏觀尺度內觀察到的量子力學效應，為連接量子模型和經典模型奠定了基礎。
這無疑是科學大拼圖中的重要一塊，但 Armitage 表示，還需要開展很多工作才能完全理解這種連接。他希望，最終有一天我們能夠得到物理世界的完整拼圖，而拓撲絕緣體等新材料可能會帶領我們找到答案。
撰文 Alexandru Micu
翻譯 王潔素
審校 訪冬 金莊維
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