研究人員使用一束激光作為勢壘，并開啟其中的磁場。然后，他們準(zhǔn)備了自旋朝特定方向排列的銣原子，并讓這些原子向勢壘漂移。接下來，他們測量了從勢壘另一側(cè)出來的原子的自旋。測量任何單個(gè)原子的自旋總是會(huì)返回一個(gè)“上”或“下”的模糊答案。但是通過反復(fù)測量，收集到的測量結(jié)果將會(huì)揭示原子在勢壘內(nèi)部進(jìn)動(dòng)角度的平均值——以及它們通常在那里停留的時(shí)間。

研究人員報(bào)告稱，銣原子在勢壘內(nèi)的平均時(shí)間為0.61毫秒，與20世紀(jì)80年代理論預(yù)測的拉莫爾鐘時(shí)間一致。這比原子在自由空間中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間還要短。因此，這些計(jì)算表明，如果勢壘足夠厚，加速會(huì)使原子隧穿的速度比光速還快。

謎題而非悖論

阿爾伯特·愛因斯坦在1907年意識(shí)到，他提出的相對(duì)論使超越光速的通信成為不可能。想象兩個(gè)人，愛麗絲和鮑勃，以極高的速度分開。由于相對(duì)論，他們各自的鐘表報(bào)時(shí)不同。一個(gè)結(jié)果是，如果愛麗絲向鮑勃發(fā)送一個(gè)比光還快的信號(hào)，而鮑勃立即向愛麗絲發(fā)送一個(gè)超光速的回復(fù)，那么鮑勃的回復(fù)就能在愛麗絲發(fā)送初始信息之前到達(dá)她那里�！耙呀�(jīng)實(shí)現(xiàn)的效果先于原因，”愛因斯坦寫道。

專家們普遍相信，量子隧穿并沒有真正打破因果關(guān)系，但對(duì)于為什么不會(huì)的確切原因還沒有達(dá)成共識(shí)�！拔矣X得我們對(duì)這個(gè)問題的看法并不是完全統(tǒng)一的，”斯坦伯格說，“這是一個(gè)謎，而不是悖論�！�

有些很好的猜想被證明是錯(cuò)誤的。曼佐尼在21世紀(jì)初聽說超光速隧穿問題后，與一位同事重新對(duì)此進(jìn)行了計(jì)算。他們認(rèn)為，如果考慮相對(duì)論效應(yīng)（對(duì)于快速移動(dòng)的粒子，時(shí)間會(huì)變慢），隧道效應(yīng)會(huì)降至亞光速�！白屛覀凅@訝的是，超光速隧穿也是可能存在的，”曼佐尼說，“事實(shí)上，這個(gè)問題在相對(duì)論量子力學(xué)中更為極端。”

研究人員強(qiáng)調(diào)，只要不允許發(fā)出超光速信號(hào)，超光速隧穿就不是問題。這一點(diǎn)與愛因斯坦感到困惑的“鬼魅般的超距作用”類似。超距作用指的是相距遙遠(yuǎn)的粒子具有相互“糾纏”的能力，因此對(duì)一個(gè)粒子的測量可以同時(shí)確定兩個(gè)粒子的屬性。這種遠(yuǎn)距離粒子之間的即時(shí)聯(lián)系并不會(huì)產(chǎn)生矛盾，因?yàn)樗�不能用來從一個(gè)粒子向另一個(gè)粒子發(fā)送信號(hào)。

不過令人驚訝的是，相比物理學(xué)家對(duì)超距作用的絕望程度，對(duì)超光速隧穿的研究卻很少令人過于驚詫�！皩�(duì)于量子隧穿，你不是在處理兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它們的狀態(tài)也不是以一種令人毛骨悚然的方式聯(lián)系在一起，”在劍橋大學(xué)研究隧穿時(shí)間問題的格雷斯·菲爾德（Grace Field）說，“你是在處理一個(gè)在空間中行進(jìn)的單一系統(tǒng)。在某種程度上，它似乎比糾纏狀態(tài)還要古怪。”

在一篇發(fā)表在9月份《新物理學(xué)期刊》（New Journal of Physics）上的論文中，埃里·波拉克和兩位同事認(rèn)為，超光速隧穿之所以不允許發(fā)送超光速信號(hào)，是出于統(tǒng)計(jì)學(xué)的原因：盡管在極厚勢壘中發(fā)生的隧穿非�？�，但這種事件發(fā)生的概率是極其低的。信號(hào)發(fā)送者總是傾向于通過自由空間發(fā)送信號(hào)。

但是，為什么不能在超厚勢壘上爆炸大量的粒子，希望其中一個(gè)能以超光速通過呢？難道僅僅一個(gè)粒子就不足以傳達(dá)信息并打破物理學(xué)定律嗎？斯坦伯格贊同這種情況的統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)，但認(rèn)為單個(gè)隧穿粒子無法傳遞信息。一個(gè)信號(hào)需要細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)，在嘗試發(fā)送任何一個(gè)詳細(xì)信號(hào)時(shí)，通過空氣發(fā)送總是比通過一個(gè)不可靠的勢壘更快。

波拉克表示，這些問題將是未來研究的主題，“我相信斯坦伯格的實(shí)驗(yàn)將會(huì)推動(dòng)更多的理論。未來研究會(huì)通向哪里，我不知道�！�

這些思考將帶來更多的實(shí)驗(yàn)，有些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在斯坦伯格的計(jì)劃清單上。他表示，通過確定磁勢壘中不同區(qū)域的磁場位置，他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃探測的“不僅包括粒子在勢壘中停留了多長時(shí)間，還包括粒子是在勢壘中哪里停留的”。理論計(jì)算預(yù)測，銣原子大部分時(shí)間都在勢壘的入口和出口附近，但在勢壘中間的時(shí)間很少�！斑@有點(diǎn)令人驚訝，一點(diǎn)也不符合直覺，”雷蒙·拉莫斯說道。

通過探索大量隧穿粒子的平均經(jīng)歷，研究人員描繪出了一幅關(guān)于勢壘內(nèi)部的畫面，比量子力學(xué)先驅(qū)在一個(gè)世紀(jì)前所預(yù)期的還要生動(dòng)形象。在斯坦伯格看來，盡管量子力學(xué)給人以不可思議的印象，但這些進(jìn)展讓人們明白了一點(diǎn)：“當(dāng)你看到一個(gè)粒子在哪里結(jié)束時(shí)，你就會(huì)知道它之前在做什么�！�