物理研究和體育競技一樣，都追求突破極限。如何突破由基本物理原理設(shè)下的極限，是研究者的重要目標(biāo)。每一次“突破極限”，也通常反映了相關(guān)領(lǐng)域的重大突破。例如，超分辨光學(xué)成像突破了衍射極限，因而獲得2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

那么，極限的邊界到底在哪里？怎樣才能突破極限？

最近，清華大學(xué)劉永椿副教授、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)黃坤研究員、北京大學(xué)肖云峰教授、美國華盛頓大學(xué)圣路易斯分校楊蘭教授和新加坡國立大學(xué)仇成偉教授在《國家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review，NSR) 發(fā)表題為“What limits limits?”的觀點(diǎn)(Perspective)文章，對(duì)物理系統(tǒng)中常見的各種極限進(jìn)行總結(jié)，并指出了“突破極限”的三種情況。

“突破極限”的三種情況

種情況是所突破的極限是技術(shù)性極限而非由物理學(xué)原理限制的基本極限，例如標(biāo)準(zhǔn)量子極限是用經(jīng)典技術(shù)手段所能達(dá)到的極限，而利用量子技術(shù)（如引入壓縮態(tài)或糾纏態(tài)）則可以突破該極限。

這就像是在公路上有一堵本身就帶有漏洞的破墻，只要選擇合適的技術(shù)，就可以突破。

第二種情況是需要付出其他代價(jià)、犧牲其他性能才能突破極限，例如超分辨成像技術(shù)能夠突破衍射極限，但要以消耗大量時(shí)間為代價(jià)。

這就像是需要在收費(fèi)站交費(fèi)，才能通行。

第三種情況是通過改變極限存在的前提條件使得原極限不再適用，例如文獻(xiàn)上有一些關(guān)于突破海森堡極限、時(shí)間帶寬極限、超表面效率極限等方面的報(bào)道，在閱讀這類文獻(xiàn)時(shí)，需要仔細(xì)區(qū)分所研究的極限和原始極限是不是定義在同樣的前提條件下。

這就像是，擋住公路的墻本身寬度有限，人們雖然不能穿墻而過，但可以繞過這堵墻，繼續(xù)前進(jìn)。

關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)量子極限(a-b)、衍射極限(c-d)、海森堡極限(e-f)、時(shí)間帶寬極限(g-j)和超表面效率極限(k)的圖示和分析。

文章梳理和分析了光學(xué)和量子物理中的常見極限，包括標(biāo)準(zhǔn)量子極限、衍射極限、海森堡極限、時(shí)間帶寬極限和超表面效率極限（如上圖），澄清了一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，有助于更準(zhǔn)確地理解“突破極限”到底是怎樣實(shí)現(xiàn)的。