一項新發現表明,引力場可以導致物質發生量子糾纏。儘管量子引力的概念實際上並不存在,但這個想法來自兩位倫敦物理學家,他們挑戰了我們對量子場的思考方式和經典引力的工作方式。
搜尋 量子引力 這是物理學的下一個重要步驟。這是因為研究人員正在嘗試將小型物理學與大型物理學結合起來。量子力學解釋了第一件事。雖然著名的廣義相對論解釋了引力是如何工作的,但請解釋後者。量子物理學和量子理論 廣義相對論 它是 20 世紀前 25 年的產物,但 100 年後,科學家們仍然不知道如何將兩者結合起來。理論衝突。
事實上,倫敦大學皇家霍洛威學院的約瑟夫·阿齊茲和理查德·豪爾的新發現可能確實會使事情變得複雜。他們的工作建立在著名物理學家理查德·費曼 (Richard Feynman) 於 1957 年首次提出的思想實驗的基礎上,該實驗涉及將一個物體(例如蘋果)置於量子疊加態中。
了解疊加 想想構成粒子量子態的屬性,例如位置、動量、電荷或量子自旋。每個屬性的值都基於概率的性質。而這種概率分佈是用波來描述的。波的峰值代表最大的概率。當不同結果的波函數重疊時,會顯示重疊。
費曼的思想實驗是將假設的蘋果的位置疊加在一起。或者換句話說,它將同時存在於兩個位置,直到有人注意到它為止。觀察到它的波函數崩潰後。然後在費曼的實驗中引入了第二個蘋果。而如果量子疊加中的第一個蘋果與第二個物體發生了引力相互作用,即使第一個蘋果的疊加狀態被打破,費曼隨後裁定這將是量子引力在起作用的標誌。
“當費曼提出這個想法時,原則上你可以將質量放在兩個疊加的位置。然後看看它的引力場是否處於量子疊加態。他相信這意味著引力是量子的,”哈爾告訴Space.com。
這個思想實驗的現代處理解釋了兩個對象之間的關係,因為這兩個對像變得 量子糾纏– 這意味著物體的量子特性與一個物體的變化導致另一個物體的變化有著千絲萬縷的聯繫。無論這些物體相距多遠, 阿爾伯特·愛因斯坦 它被稱為量子勢壘。 “遠處的可怕動作”
然而,阿齊茲和哈爾已經證明,即使在沒有量子引力的情況下,糾纏也可能發生。
大衝突
愛因斯坦將引力描述為時空的曲率。 (空間和時間的四個維度的整合。)然而,量子物理學存在問題。
而且,在量子引力中,由引力場的糾纏所介導的這些“虛擬引力子”將不存在。因此,它被稱為“虛擬”,但在量子物理的奇怪世界中。不存在的顆粒只允許在短時間內存在。
哈爾和阿齊茲表明,如果引力不是量子的,它也可能涉及可以用量子場論解釋的物質。經典引力場與構成這兩個物體的物質的量子場相互作用。而這種虛糾纏是由虛粒子介導的。本質上,阿齊茲和哈爾繪製的是虛擬原子。
“一般認為,引力相互作用是糾纏的。你需要引力場是一種量子力學,這樣它才能以量子疊加的形式存在,”哈爾說。 “我們試圖論證的是,你可以用更普遍的方式來思考引力相互作用,而不僅僅是引力場的中介。而且其中可能涉及量子過程。虛擬物質過程。在這種情況下,雖然引力場是經典的,但引力相互作用仍然可以乾擾物質。”
哈爾說,他與阿齊茲的合作並不排除量子引力。這也不意味著量子引力不可能從這種虛擬糾纏中解脫出來。他們的發現表明,糾纏物質對經典引力的影響遠小於對量子引力的影響。
“如果你看到嚴重水平的結果,你就會知道這是量子引力,”哈爾說。
這些效應揭示了粒子或物體之間的關係。例如,假設有一個量子自旋為 1/2(稱為“向上”)的粒子和另一個量子自旋為 –1/2(稱為“向下”)的粒子,這兩個粒子彼此處於量子糾纏狀態。強關係意味著,如果您知道某個特定粒子的自旋增加,您將自動知道另一個粒子的自旋減少,而無需測量它。
另一方面,在經典的引力情況下,這種關係要弱得多。這是一個概率問題。在重複實驗中測量另一個粒子的自旋。而且它不會像量子引力在勢壘中運行時那樣頻繁地下降。
阿齊茲和哈爾的工作,以及費曼最初的思想實驗,現在被認為是數學論文。這個實驗可以在現實生活中進行嗎?
“能否做到這一點仍然是一個懸而未決的問題,”哈爾說。 “沒有什麼可以說理論上你不能做到這一點。英國、奧地利和其他地方的人們也在努力解決這個問題,但你必須消除所有不一致的地方。(什麼會導致覆蓋層崩潰)這是一個非常困難的挑戰。”
雖然引力是量子的但並不是所有人都認為有必要。例如,2023 年,倫敦大學學院的喬納森·奧本海姆 (Jonathan Oppenheim) 發表了一個將經典廣義相對論與量子場論相結合的模型。阿齊茲和哈爾的發現可能會告訴我們一些關於經典引力行為的新信息。
哈爾還預測團隊的想法將會遭到強烈反對。 “不知道大家是否同意我們的看法!”他說。不過,他樂觀地認為,在接下來的幾十年裡,費曼的實驗終於能夠繼續進行。它被認為是對量子引力是否真的存在的真正考驗。
阿齊茲和哈爾的研究成果於 10 月 22 日發表在期刊上 自然–










