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如果一个量子系统的组成不是几个部分 ， 而是多个部分 ， 那么这个系统极难拆分和分析 ， 不仅对单个氢原子的计算是困难的 ， 而且对数千个氢原子组成的“原子云”的计算也是如此 ， 物理学家时常使用有些粗糙的近似法 ， 基本的原因在于量子态的粒子处于相互联系的状态 ， 人们不能对粒子相互分割的状态进行描述 。 维也纳大学的卡斯帕·萨克曼和斯坦福大学的马克·卡什维奇最近在《自然》杂志物理学栏目发表了文章 ， 他们十分小心地克服了量子态描述时遇到的困境 ， 成功地计算了超冷原子云的量子效应 ， 对原子云状态的描述只能依据大量原子的量子相关性 。 原子云的组合方式被物理学家称为“博斯——爱因斯坦凝聚体” ， 它是量子相关性的热门研究对象 。
量子物理学是一门依托运气和随机性的博弈学科 ， 存在一个最基本的事实 ， 冷原子云中的原子失去了确定位置 ， 人们几乎不能判断此时此刻的原子处在什么地方 ， 这在人们的日常观念中是难以接受和不可思议的一件事情 ， 假如一位母亲此时此刻不知道自己年幼孩子的去向 ， 那么这可能意味着孩子走丢了 ， 这位母亲将会生活在难以预知的失魂落魄状态 。 无法确定原子的位置 ， 原子在科学家的眼中好像在空中飞舞的死魂灵 ， 这些原子的数量难以确定 ， 原子在同样时间可能出现在所有地方 。 原子的位置依赖于测量 ， 当人们进行测量时 ， 原子的位置才能得到确定 ， 反之 ， 当人们不进行测量时 ， 原子又恢复到“死魂灵”状态 。
萨克曼解释说 ， 他们对原子云投射了光线 ， 原子吸收了光子 ， 光子测量了或“拍摄”到了原子 ， 然而 ， 量子随机性和扔骰子的游戏区别很大 ， 同时扔出不同的骰子 ， 它们看起来相互独立 ， 人们是否扔出一个数字6 ， 这都不影响数字7的出现 。 原子云中的原子轨迹不同于扔骰子的结局 ， 原子彼此形成了量子物理意义的关联 ， 人们分析单个原子的行为没有意义 ， 原子群体组成了一个大的量子体系 ， 任何被测量原子的每个位置都依赖于所有的其它原子 ， 原子相互形成了复杂的数学方式 。
萨克曼解释说 ， 很难确定在一个特定位置发现一个粒子的可能性 ， 这种可能性在原子云的中心最高 ， 从中心到原子云外层 ， 这种可能性逐渐减少 。 在经典的随机系统中 ， 人们想要知道一个骰子翻转的结果 ， 这需要所有的信息 ， 比如：知道了任何一个数字出现的概率只有六分之一 ， 人们可以确定扔出的在桌面上翻转的三个骰子中 ， 出现某个数字的概率为三次 ， 人们连续五次扔骰子时出现的概率也是如此 ， 量子性粒子的事件概率变得更为复杂 ， 数学工具的概率论似乎遇到问题 。
他们一步步解决了粒子的随机概率问题 ， 首先计算了某个特定位置第一个粒子被测量的概率 ， 第二个粒子的概率分布依赖于第一个粒子被发现的位置 ， 第三个粒子的位置依赖于前两个粒子等 。 为了描述接近最后一个粒子的位置 ， 所有其它粒子的位置必定先以确定 ， 这种类型的量子缠绕使得数学工具的应用变得异常复杂 ， 对物理学和数学都形成了很大的挑战 。 只有粒子的相关性可以解释实验的数据 ， 大量粒子的相关性十分重要 ， 比如：为了计算相互碰撞的博斯——爱因斯坦凝聚体的系统特征 ， 他们在实验中发现碰撞导致了一种特别的量子波 。 在特定位置上发现了很多粒子 ， 在相邻位置上则没有发现任何粒子 。
如果将原子看成是分离、单个的粒子 ， 那么他们不能解释实验的数据 ， 只有充分考虑粒子的量子分布特性 ， 以所有粒子相关性的事实为依据 ， 才能通过计算重新展现特别类型的量子波 。 研究小组以同样的方法计算了一些其它现象 ， 比如：使用一种激光束对“博斯—爱因斯坦凝聚体”进行搅动 ， 对凝聚体施加了一些漩涡能量 ， 从中产生了某种典型的由大量粒子共同参与的量子效应 ， 实验结果仍然显示大量粒子的相关性十分重要 ， 在量子计算中必须包含相关性的因素 ， 但在计算时出现了数学的困难 ， 由于应用了激光的作用 ， 对博斯—爱因斯坦凝聚体的计算模型进行了特定修正 。 研究小组希望将修正的方法应用到其它的量子系统 ， 不仅适用于博斯—爱因斯坦凝聚体 ， 而且适用于其它的量子系统 。
【骰子|原子在“相互依存”中组成原子云】
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