移动10的负20次方米 10的负10次方米 _小知识

澎湃新闻采访人员虞涵棋

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100000000000000000000分之1米（10的负20次方米），这是美国麻省理工学院（MIT）一面40公斤重的镜子，被量子涨落“踢”了一脚的位移。
“氢原子的尺寸大约是10的负10次方米，也就是说，这个位移之于氢原子，就像氢原子之于我们。”MIT卡弗里天体物理和太空研究所的科学家Lee McCuller表示。
作为一种精妙的微观现象，量子涨落还是首次在与人体同等量级的物体上被观测到。此前科学家们只观察到量子涨落移动了纳米级别的材料。这多亏了镜子装置设计得足够灵敏：正是这面镜子，参与了2015年人类首次发现引力波的成果。
相关论文于北京时间7月1日晚间发表在世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志上。
量子涨落
与我们日常的视角不同，量子力学描述的是微观世界里的机制，它们往往会颠覆我们的宏观世界观。例如，量子力学认为真空非空，无数粒子会瞬时诞生，又瞬时湮灭，如海上潮水一样涨落，构成了一种量子背景噪音。
我们的身体，也浸泡在这样起起伏伏的量子场中，时时刻刻经受“潮水”的侵袭。只不过，人体本身的热能和运动幅度太大了，量子涨落这点影响就像蜉蚁撼树。
然而，这次实验证明，“大树”并非纹丝不动，而是在量子涨落效应下移动了10的负20次方米。
若非是位于LIGO激光干涉引力波天文台的镜子，难以得到如此精确的数字。
灵敏的镜子
引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论，被形象地比喻为“时空的涟漪” 。时间和空间会在质量面前弯曲，时空在伸展和压缩的过程中，会产生振动传播开来，这些振动就是引力波。
LIGO激光干涉引力波天文台设计了两条呈L形的真空管道，长4公里，末端各放置一面镜子。L中间的拐点处有个激光源，沿两条管子各同时发射一束激光。我们知道，正常情况下它们应该同时被镜子反射，回到中间点相遇。但如果遇到引力波的扰动，就会出现时间差。
显然，为了确定是引力波造成的结果，实验装置需要排除各种外界噪音。在成功测得引力波后，MIT的这个团队进一步打开脑洞：LIGO能不能探测到更微小的波动，例如装置内部的量子涨落？
通过加装一种“量子压缩器”来持续调节LIGO装置中的量子噪音，研究人员得以排除其他常规噪音的影响，得出镜子有10的负20次方米的位移来自于量子涨落。
同时，他们也从测量量子噪音出发，探索出了降低量子噪音的方法，有助于进一步提高LIGO的灵敏度，聆听来自宇宙更深处的微弱引力波。
责任编辑：李跃群
【移动10的负20次方米 10的负10次方米】校对：丁晓
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