量子引力领域的又一次复兴

小夏 体育 更新 2024-01-29

一条裂痕深深地贯穿了物理学的核心。 描述引力的广义相对论与量子物理学相撞。 为了堵住这个物理裂缝,无数物理学家致力于建立量子引力理论。

但是有一位物理学家正在倡导一条截然不同的道路。 乔纳森·奥本海姆(Jonathan Oppenheim)认为,引力从根本上可能是经典的,这意味着它根本不是量子的。 至少可以说,这是一个非常规的想法。

奥本海姆打趣道:“一开始,也许99%的同事认为我们疯了,但现在这个数字已经下降到70%。 ”

除引力外,所有已知的力都是根据量子物理学制定的。 普遍的观点是,引力需要与量子对应物同化。 但奥本海姆认为,重力是不同的。 其他力在时空景观中演化,引力是时空本身的扭曲。 所以,奥本海姆说:"在我看来,它应该具有量子特性,这是非常不清楚的。

物理学家设计了几个“不可行”的定理,这些定理似乎禁止了经典的引力理论。 这些定理突出了将经典引力应用于量子粒子时出现的不一致,这显然对这个想法是致命的。 但奥本海姆在12月4日的《物理评论X》上报道说,这些禁令可以通过在时空响应量子粒子的弯曲方式中增加一些随机性来绕过。

想想量子物理学中著名的双缝实验。 颗粒被送到检测器,检测器由带有两个狭缝的屏障隔开。 当这些粒子到达检测器时,它们会产生一种称为干涉图案的条纹图案。 这种模式的原因是,在量子物理学中,粒子不被限制通过一个狭缝或另一个狭缝。 相反,它可以叠加存在,采用两种可能路线的量子组合。 如果科学家通过测量来确定粒子穿过哪个狭缝,那么这种模式就会消失。

当一个粒子(在这种情况下,称为光子的光粒子)被发送到有两个狭缝的屏障时,由于量子效应,该粒子会产生干涉图案(条纹)

如果标准的经典引力图是正确的,那么就可以准确地测量粒子的引力场,从而确定粒子通过的狭缝。 即使没有实际测量,这种可能性也会破坏干扰模式。 由于科学家确实在实验室中观察到干涉模式,这对标准的经典引力理论来说是一个相当大的打击。

但奥本海姆理论中的随机性意味着粒子的引力场不是确定性的,而是波动的。 这意味着,与经典引力的标准版本不同,不可能通过精确测量粒子的引力场来确定粒子穿过哪个狭缝。 粒子可以叠加通过狭缝,同时保留干涉模式,恢复经典引力的可能性。

12月4日,奥本海姆和他的同事们在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上报道说,实验可以通过寻找这些随机引力波动的证据来验证这一理论。 "该研究的合著者Zach Weller-D**ies说:"从本质上讲,你可以非常精确地测量质量对引力场的响应。

这不是科学家第一次提出调和经典引力与量子物理学的方法。 但麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的物理学家维维谢克·苏迪尔(Vivishek Sudhir)说"领导复兴"。9 月 16 日,苏迪尔和他的一位同事在 ArxivOrg报道说,苏迪尔想用另一个实验来检验这一理论,即测量两个质量在重力作用下运动之间的相关性。

然而,该理论的某些特征可能会让一些物理学家感到不快。 例如,所涉及的随机性意味着该理论是不可逆的:与其他理论不同,没有办法从交互的终点开始并追溯其步骤。

尽管如此,即使是一些量子引力的信徒也认为这项工作有其价值。

这项工作并不有趣,因为我相信重力是经典的。 无论引力是经典的还是量子的,这个结果都很有趣。 这是因为,为了让实验自信地宣布引力是量子的,科学家需要了解经典引力的可能性。 "只有这样,我们才能令人信服地证明引力与经典描述不相容"。

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