一個可以將量子力學和量子力學兩個頑強領域結合起來的實驗想法廣義相對論來自英國的兩組物理學家賦予了新的生命。
量子理論與重力不能很好地結合這一事實是物理學中的一個巨大絆腳石,長期以來,科學界一些最偉大的頭腦一直未能解決這個問題。
量子力學是將離散粒子建模為機率,在我們確定測量結果之前,機率並不真正存在。這並不是說量子物理學是模糊的——一個世紀的測試使其成為科學上最可靠的理論之一。
除了量子力學之外還有廣義相對論,它描述了質量作用在連續、無縫的空間和時間結構上以賦予我們重力。廣義相對論也是科學中最可靠的理論之一,它使我們能夠在大範圍內精確地預測物體的運動。
但是,儘管這兩種理論在描述宇宙方面各自取得了成功互相憎恨對方的膽量。
讓事情變得更困難的是,引力是一種在原子尺度上研究的非常棘手的力。
倫敦中央大學 (UCL) 物理學家蘇加托·玻色 (Sougato Bose) 表示:“一個令人畏懼的問題是,與自然界中的其他基本力相比,引力相互作用的巨大弱點。”解釋給實體世界。
“例如,即使兩個電子之間的靜電力也比兩公斤質量之間的引力高出幾個數量級。”
為了找到某種共同點,著名的美國物理學家理查費曼早在 1957 年就提出了一個實驗設計。
他想像了一個作為機率存在的小質量——或者疊加– 兩個地方之間。放入重力場中,質量應該與重力的量子特性相關聯,這種現象稱為糾纏。
為了了解該場本質上是否真正被量子化,費曼建議在測量其「真實」位置之前尋找兩個可能位置之間的干擾跡象。
如果這兩個可能的位置在脫離場之前相互幹擾,那麼重力將具有可以研究的量子性質。
至少,這是我的想法。
根據兩篇新論文的作者的說法,即使在經典的連續重力場內,處於疊加狀態的粒子仍然可能會幹擾自身,這一事實留下了很大的疑問。
但現在他們提出了一種稍微不同的實驗方法,可以彌補測試的一些缺陷,並可能解決現代科學中最大的問題之一。
牛津大學的兩位物理學家證明,任何兩個量子系統都可以透過第三個系統糾纏在一起,但前提是它也被量子化。
這方便地為一對質量(每個質量處於疊加狀態)通過與量子版本的引力場糾纏而單獨耦合開闢了道路。如果重力不是量子的,那就不存在糾纏。
基於這個原理,倫敦大學學院的第二個團隊提出了一個實際實驗的細節,該實驗可以使用假設的「量子重力介體」來糾纏兩個單獨質量的自旋。
這樣的實驗不會沒有其自身的實際挑戰──電磁力的壓倒性推力和拉力本身就足以調解糾纏,消除量子重力的任何潛在影響。
但考慮到潛在回報有多大,值得一試。希望我們不必再等 60 年才能看到費曼的實驗如何成功。