薛定諤的藝術:科研團隊在“量子畫布”上繪製微觀藝術作品
昆士蘭大學(UQ)的研究人員可能使用非經典物質製作了第一件藝術品。該團隊通過將光線投射到玻色-愛因斯坦凝聚物(BECs)上,在像人類頭髮一樣小的“量子畫布”上複製了《蒙娜麗莎》和《星月夜》等著名藝術品。
BECs是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現出的一種氣態的、超流性的物質狀態,這意味著它是一種黏度為零的液體,因此它可以無阻力地流動。它們最常見的方法是將銣原子云冷卻到到幾乎最冷的溫度。在那個強烈的溫度下,原子幾乎慢慢減速,基本上就像一個大原子一樣起作用。這使量子行為大規模可見。最近的實驗已經使用BECs作為產生不尋常形式的物質的起點。
對於這項新的研究,昆士蘭大學的研究人員探索了這種奇怪的東西更具藝術性的一面。他們使用BECs作為一種量子畫布,再現了《蒙娜麗莎》、梵高的《星月夜》等圖像,以及研究人員自己的照片。這些圖像通過顯微鏡向後投射,因此它們很小- 只有100微米寬,大約是人類頭髮的寬度。每個像素僅由約50個原子組成。
但這不僅僅是將BECs用作投影圖像的表面。研究人員實際上正在利用該物質的怪異量子特性來製作藝術品。
量子物理學的一個奇怪之處在於,在諸如BECs之類的系統中,原子在測量之前沒有固定位置- 在此之前,它們被稱為在系統內分佈。最著名的例子當然是薛定諤的貓:在一個盒子裡有一隻貓和放射性物質。有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。當你試圖觀測它時(比如偷看盒子),可能性的波函數會“疊加”成一種狀態或另一種狀態。在這項研究中,該測量涉及將投射的光照射到物體上。光線推動原子周圍- 實際上證實它們不在光的位置- 它將原子集中在圖像的較暗區域內。
研究的首席研究員Tyler Neely表示:“玻色-愛因斯坦凝聚態被光照亮,摧毀了量子態和測量行為。所顯示的圖像確實代表了原子的密度,我可以認為圖像中的每個原子在我的測量精度範圍內都有一個位置,表現得像經典粒子。但是,在拍攝圖像之前,它是不正確的考慮每個具有位置的原子,而不是它分佈在系統中。”
圖像本身只是黑白圖像,但團隊可以通過使用紅色、綠色和藍色濾鏡進行三次實驗來添加顏色。然後將它們組合在計算機上以創建近似的彩色圖像。
折疊波浪功能產生圖像使這成為一種非常奇怪的新藝術媒介- 稱之為“薛定諤的藝術”。該團隊現在正在尋求與藝術家合作,以幫助該概念發揮其創造潛力。
“我發現藝術與科學的交集令人著迷,”Neely表示。“這種相互作用的一部分是科學可以為藝術家提供新的材料。我相信玻色- 愛因斯坦凝聚體代表了這樣一種新材料。與所有其他藝術材料相比,BECs不受經典物理學的支配,而是實現宏觀的量子力學狀態。由於BECs可以被描述為一個巨大的物質波,這些藝術品代表了第一次使用非經典物質來製作這樣詳細的圖片。”