在量子世界，奇怪的、違背邏輯的現象比比皆是，比如一個物體可以同時以兩種或兩種以上的狀態存在；再比如兩個或多個在空間上分隔的物體，卻有著相互關聯的量子態……雖然這些奇怪的量子現象聽起來虛無縹緲，但它們卻都真實地存在。物理學家已經通過實驗觀測到了許多反直覺的量子效應，今天，我們就要列舉其中的5種。
量子齊諾效應
今天的第一個故事可以從薛定諤的貓開始說起。在這個著名的思想實驗中，一隻貓被困在一個裝有放射性物質的密閉盒子中，如果物質衰變，產生的輻射就會觸發探測器，釋放出有毒的氣體將貓殺死。在我們打開盒子測量結果之前，盒子中的貓同時處於兩種狀態：一種是衰變沒有發生，貓仍活著；另一種是衰變已發生，貓已死亡。在打開盒子的那一瞬間，貓的生死狀態就會坍塌成一種——要麼活、要麼死。
如果我們頻繁地打開盒子檢查貓的狀態，貓的命運會因此發生改變嗎？
簡單來說，量子齊諾效應所描述的就是這樣一種奇怪的量子現象，一個量子系統的演化可以通過頻繁地重複測量而改變 。以薛定諤的貓為例，如果我們頻繁的打開盒子測量貓的狀態，便能不斷地重設原子的衰變時鐘。根據觀測方式的不同，原子的衰變可以被延遲或加速，從而貓的壽命得到延長或縮短；前者被稱為量子齊諾效應，後者被稱為量子反齊諾效應。換句話說，貓的性命取決於受哪種量子齊諾效應的影響。
無論是量子齊諾效應還是量子反齊諾效應，這兩種有違直覺的效應都已得到實驗的證實。這種變化是由於測量引起的干擾，這意味著我們甚至可以在不打開盒子進行觀測的情況下，只是輕輕地晃動盒子，就能達到這樣的效果。
中微子的身份轉換
薛定諤的貓被用來解釋量子物理的一個重要概念——疊加，簡單地說，疊加指的是一個物體可以同時存在於兩個或兩個以上的狀態，就如那個既死又活的盒子中的貓一樣。當然，這種現象似乎不太可能在現實生活中看到，但在物理學家的實驗室中，卻真實地存在能同時擁有兩種可能的自旋狀態的電子。
在這一想法之上，物理學家證明了被稱為幽靈粒子的中微子，能在行進的過程中同時處於兩種或兩種以上的狀態。中微子是一種極其難以捉摸的基本粒子，它們幾乎不與物質發生作用，在很長的一段時間內，科學家都認為這些微小的粒子是無質量的。
中微子有三種“味”，分別是電子中微子、μ中微子和τ中微子。上世紀90年代，物理學家發現它們可以在傳播過程中，從一種“味”轉變成另一種“味”，這種轉變被稱為
中微子振盪，是量子力學的一個重要效應，因為這種轉變之所以能發生，其前提是中微子必須具有質量。這是一個重大的認知突破，這一效應的發現者也被授予了諾貝爾物理學獎。
現在我們知道，中微子在傳播途中並沒有明確的味，它們處於一種可同時擁有多種味的“身份危機”之中。
洪-歐-曼德爾效應
量子力學中有許多與直覺相悖的效應，洪-歐-曼德爾（Hong-Ou-Mandel ）效應也是其中之一，它描述的是當兩個相同的光子在同時抵達一個分束器時所發生的現象。
在光學研究中，分束器是一種能將光一分為二的裝置，入射的光束穿過分束器和被從分束器反射回來的概率都是50%；對於一個單光子而言，這意味著它有50%的機會出現在分束器的任何一邊。
但是當兩個光子同時到達分束器時，意想不到的事情發生了：兩個光子總是成對地出現在分束器的同一側，永遠不會分別出現在分束器的兩側。
為何會出現這種現象？如圖中所示，當兩個相同的光子從上下兩側進入分束器時，有四種可能的情況出現：
- 上側的光子被反射，下側的光子被傳輸；
- 上側的光子被傳輸，下側的光子也被傳輸；
- 上側的光子被反射，下側的光子也被反射；
- 上側的光子被傳輸，下側的光子被反射。
由於這兩個光子是相同的，因此我們無法分辨第2種情況和第3種情況之間的差別，使得最終只能觀測到第1種和第4種情況，也就是前文所說的兩個光子總是成對地出現在分束器的同一側。
這一違反直覺的效應首次由洪、歐和曼德爾在1987年用激光證實。現在，這一實驗已被重複多次，無論是可見光波段的光子還是微波波段的光子，都已被成功地用來證明這一效應。
真空雙折射
在光學中，偏振和雙折射是兩個並不那麼直觀的概念。量子物理學告訴我們，一束光既是一束光子流，也同時是一種由振盪的電場和磁場構成的波。電場和磁場的振動方向相互垂直，且它們都與波的運動方向垂直。如果電場總在同一平面上振動，這個平面則被稱為偏振面，而這種光則被稱為是線性偏振的。
雙折射指的是某些透明晶體所具有的一種特殊性質，當光束通過這些晶體時，其速度取決於光的偏振方向以及它相對於晶體結構軸的運動方向。這樣的晶體可以將入射光分成兩束，且它們以不同的速度向不同的方向傳播。
然而，雙折射卻並不僅僅侷限於晶體領域。在極端條件下，它可以成為真空本身的一種特性。2012年，天文學家在研究具有強磁性的中子星時，首次發現了“真空雙折射 ”的證據，這是海森堡在20世紀30年代時就根據量子電動力學（QED）所預測的一種量子效應。當時的量子理論就認為，真空並不完全是為空的，而是充滿了不斷閃現和消失的虛擬粒子。
一般來說，我們認為光線在穿過真空時是不會發生變化的，但是當光線穿過像中子星周圍的那樣的強磁場時，就會改變真空中的虛擬粒子的性質，從而改變光的偏振。
量子溫度
在經典世界中，我們認為熱量的傳遞是平滑的，它從高溫區域向鄰近的低溫區域流動，使一個物體均勻地受熱或冷卻。但是在量子物理學中，溫度也可以表現出奇特的一面。研究發現，在只由一層單層的碳原子構成的
石墨烯中，電子所攜帶的熱量會以波的形式傳播，這種特性會使石墨烯中一些部分仍然保持低溫，而另一些部分則受熱升溫。
更有趣的是，這些波的大小是可控的，因此科學家可以通過使用熱顯微鏡，在量子尺度上觀測到溫度的變化。如果這種效應能被加以利用，那麼它在計算、醫學和環境監測等方面都將有所助益。
參考來源：
https://cosmosmagazine.com/physics/five-weird-quantum-effects/
http://www-hep.phys.unm.edu/~gold/phys491/zeno_PhsRevA41_2299.pdf
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.240401
https://www.nature.com/articles/nature15735
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003491612001820
https://www.npl.washington.edu/AV/altvw196.html
https://cn.bing.com/search?q=vaccum+birefringence&form=APMCS1&PC=APMC
