量子物理存在時空極限，電子的時間、空間永遠無法同時精確量測
我們從海森堡測不準原理說起，這條量子力學核心概念指出，我們沒辦法「同時」精確知道一個電子的「位置」和「速度」，其中一個量得越精確，另一個就越模糊，反之亦然，這不是儀器問題，而是大自然本身規則。
大家已接受這個原理將近 100 年，但科學家還有個疑問：位置與時間是否受同等規則約束？答案是：有，且現在第一次被實驗直接證實。
德國雷格斯堡超快奈米顯微研究中心 Jascha Repp、Rupert Huber、Franz Giessibl、Klaus Richter 團隊，與馬克斯·普朗克物質結構與動力學研究所理論物理學家 Angel Rubio 團隊合作，發現對電子移動時間的測量越精確，其量子波包在空間的限制就越不緊密。
雷格斯堡超快奈米顯微研究中心團隊利用超精密雷射脈衝，在僅幾個原子直徑寬的縫隙間追蹤單一電子量子隧穿行為，將電子穿越時間精度壓縮至飛秒等級，發現想將電子「穿越時刻」量得越精確，需要提供的能量就越多，結果電子量子波包在空間上擴散得越開──空間位置越模糊。
白話來說：你想知道電子「什麼時候穿隧」，就必須投入更多能量；但投入的能量越多，電子波包就被「震」得越散，你對於它「在哪裡」更搞不清楚。
研究人員解釋，這就是量子力學的時空極限（space-time limit）──位置與時間也存在類似海森堡原理的根本取捨，我們無法同時將兩者掌握得清清楚楚。
對未來科技影響
從長遠來看，這些研究成果可能讓電子元件、量子資訊處理在電子運動固有速度極限下運作，比目前主流 CMOS 技術快數十萬倍。
另一方面，高度集中的電子脈衝可能做為啟動和控制化學反應的新方法，科學家可以精確選擇時刻將能量引導到特定鍵上，而不是加熱整個材料或將其長時間暴露在輻射下。
（首圖來源：pixabay）