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粒子|我们能操控粒子的形状吗？

我们为什么能看到五彩缤纷的世界？这是因为阳光的存在 ， 有了光 ， 我们才能看到红花绿叶、碧海蓝天 。 红花绿叶是什么样子 ， 我们可以用许多生动的词汇去描述它们 ， 即使没有见到这些东西的人也能通过我们的描述去想象出来 。 但是 ， 让我们看到这一切的东西 ， 光线 ， 它是什么样子的呢？我们应该怎么描述它？
光的波动性和粒子性由什么决定？
【粒子|我们能操控粒子的形状吗？】要描述日常生活中常见的东西 ， 我们有许多方法 ， 形状、颜色、大小等 ， 通过这些性状 ， 即使是没见过这些物品的人也能将物品对号入座 。 但是对于看不见的粒子 ， 我们却存有许多疑惑 ， 例如最常见的光 ， 我们对它的描述就有过多次的反复 。
粒子|我们能操控粒子的形状吗？
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牛顿根据光遇到光滑的平面会发生反射的现象 ， 提出了光微粒说 ， 他认为光微粒就像宏观的小球一样 ， 遵守力学运动定律 ， 遇到阻碍会发生反弹 。 惠更斯觉得不可思议 ， 光明明是一束束的 ， 怎么可能是微粒？他认为光是一种波 ， 提出了光波动说 。 当然我们现在知道 ， 光同时具有波和粒子的双重性质 ， 也就是“波粒二象性” 。
直到2015年 ， 瑞士的科学家终于通过实验拍摄到了光同时表现波粒二象性的照片 。 在照片中 ， 两列光波在空中相遇时会发生叠加,出现条纹 ， 当科学家向光波发射电子流时 ， 电子撞击到光子 ， 速度发生了改变 ， 光波也变成了“颗粒状” 。
但是 ， 光不会同时表现波动性和粒子性 ， 当光波相遇时会发生叠加 ， 出现条纹 ， 而不是碰撞后消失 ， 这时光的波动性超越了粒子性；当光波碰到电子流 ， 会发生“碰撞” ， 改变电子的速度 ， 光的粒子性又压倒了波动性展现出来 。 这两个性质就犹如“东风”和“西风” ， 不断争夺着主导权 ， 那么光的波动性和粒子性究竟孰强孰弱 ， 这由什么决定呢？
环境影响粒子的状态
如果想要解开这个谜团 ， 就只能继续做实验了 。 当然 ， 这样的实验是非常难做的 ， 德国乌尔姆大学的一个研究小组绞尽脑汁 ， 终于“看到”了决定粒子状态的过程 。
他们将钻石中的一个碳原子替换成了氮原子 。 我们知道 ， 原子间的作用力（也叫做化学键）就是电子两两成对的静电作用力 ， 而氮原子比碳原子要多一个电子 ， 在氮原子取代了钻石中原来的碳原子之后 ， 氮原子多出来的一个电子就找不到电子跟它成键 ， 它成为了“孤独”的个体 。
粒子|我们能操控粒子的形状吗？
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在钻石的晶格中 ， 化学键中成对的电子彼此的自旋（自旋是粒子的基本性质 ， 因自旋而产生磁场）状态是相反的 ， 这样它们产生的磁场力可以相互抵消 ， 更加稳定 。 但是孤独的电子因为没有配对的对象 ， 它拥有着自旋的自由 ， 可能头朝上 ， 也可能头朝下 。
但是 ， 这个孤独的电子却不是真正意义上的“孤独” 。
钻石虽然是碳原子组成的单质 ， 但是并不全是“碳12”原子 ， 还有大约0.3%的“碳13”（碳的同位素之一 ， 它比常见的“碳12”多一个中子） ， “碳12”的原子核是电力和磁力都平衡的稳定原子核 ， 但是“碳13”的原子核磁力并不平衡 ， 它的磁力会影响到“孤独电子”的自旋状态 。
科研小组发现 ， 平均每个“孤独电子”会和附近的四个“碳13”原子核产生相互吸引的磁力 ， 自旋方向受到“碳13”原子的影响 ， 它的自旋方向是固定的 ， 不再那么自由 ， 而且检测越多的“碳13”原子包围圈 ， 孤独电子的自旋方向越确定 ， 这说明我们可以通过检测环境的状态预测到粒子的状态了 。
几乎同时 ， 中国和意大利的科学家也分别独立构建了另一种实验系统 ， 他们的实验结果同样证明了 ， 粒子的状态会受到周边环境的影响 。
粒子|我们能操控粒子的形状吗？
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通过这些实验 ， 我们可以得到这样的结论 ， 尽管量子世界的粒子们的很多性状我们还不知道为什么这样呈现 ， 但是 ， 粒子的最终优势状态 ， 是周边环境“选择”出来的 。 就像钻石中的“孤独电子” ， 它的自旋状态会受到其周围的四个“碳13”原子核的影响一样 ， 光的波动性和粒子性谁更占优势 ， 也会受到周边环境的影响 。
那么 ， 未来我们可以改变粒子的性状吗？比如改变光粒子的优势状态、铀粒子的衰变时间 ， 甚至改变反粒子所带的电荷？也许这一切都可能实现 ， 因为改变粒子的周边环境 ， 我们就可能控制粒子的性状 。


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