在所有物理定律中,这可以说是最奇怪的定律之一——科学家发现,控制物体行为的力事件视界也在超流氦中发挥作用,超流氦是一种无摩擦流动的特殊液体。
这面积法现已在大范围内得到遵守以及冷氦的原子尺度,这可能是最终建立长期以来备受追捧的量子引力理论的关键——解决当今理论物理学中最深刻的问题之一。
纠缠面积定律同时适用于黑洞和氦这一事实“很奇怪”团队成员之一说道佛蒙特大学物理学家阿德里安·德尔·马埃斯特罗(Adrian Del Maestro)表示,“这表明对现实有更深入的理解。”
黑洞本身就很奇怪,但它们与熵的关系 -宇宙的无序- 是著名物理学家(和即将成为太空游客)发现自己特别着迷。
熵是我们描述系统从有序到无序的过程的方式——未触及的鸡蛋熵较低,但搅拌过的鸡蛋熵较高。
就像你无法打散鸡蛋一样,系统只能从低熵进展到高熵 -至少在我们的宇宙中。
感谢熵,时间之箭只会向前迈进,从那一刻起宇宙和其中的一切都在逐渐走向高度混乱。
在 20 世纪 70 年代,霍金和理论物理学家雅各布·贝肯斯坦 (Jacob Bekenstein) 发现,当物质不幸地游移得太靠近黑洞的事件视界并落入其中时,随后添加到黑洞的信息(一种熵的形式)只会随着黑洞表面积的增加而增加。
这很奇怪,因为黑洞体积的增加似乎并不是一个因素。
该项目的首席研究员、加拿大滑铁卢大学的物理学家克里斯托弗·赫德曼(Christopher Herdman)表示:“如果将盒子的大小增加一倍,那么盒子中的信息量就会增加一倍。”告诉科学新闻。
把它想象成一个文件柜 - 仅使用其表面积测量值来计算里面可以容纳多少文件,而不考虑其体积是没有任何意义的。
但这就是霍金和贝肯斯坦在深空黑洞中发现的东西,现在看起来这种反直觉的纠缠面积定律也适用于我们实验室中的特殊类型的原子。
“我们发现超流氦中的量子信息也遵循相同类型的定律,”德尔·马埃斯特罗在一份新闻声明中说道。
为了解决这个问题,该团队提出了一个精确的模拟超流氦4- 氦气已冷却至仅比绝对零度高 2 度。绝对零(0 开尔文,-273.15°C 或 -459.67°F)是寒冷的绝对极限在宇宙中。
此时,氦气从气体转变为粘度为零的流体,这使其能够在没有任何动能损失的情况下流动。这意味着如果你将一些超流氦放入杯子中并使其旋转,那么氦。
这太奇怪了,它有能力克服重力“向上”流动,并爬上盘子的侧面:
在超流氦中,构成该物质的各个原子不再被识别为单独的实体——它们已经彼此量子纠缠,并且现在共享一个存在。
当 Del Maestro 和他的同事将他们的模拟上传到两台超级计算机时,他们能够对 64 个氦原子转变为超流体时进行单独的模拟。
在这个超流体中,他们建立了两个假设的部分——超流体球体和包围它的超流体——并随着球体的增加跟踪它们之间共享的纠缠量子信息量。
如果你回想一下黑洞,这种纠缠的量子信息类似于落在事件视界上以增加内部熵的信息。
就像霍金和贝肯斯坦的发现一样,他们观察到超流体的两个区域之间共享的纠缠量子信息量是由球体的表面积决定的,而不是其体积。
“就像全息图一样,三维空间体积似乎完全编码在其二维表面上。就像黑洞一样,”该团队描述。
根据艾米丽·科诺弗 (Emily Conover) 的说法科学新闻,虽然这种现象有之前已经预测过在超流体中,这是第一次在模拟自然发生的物质状态中得到证明。
这很重要,因为这种现象不与物理学家,并成就了爱因斯坦本人深感不舒服,但它仍然存在,我们需要更好的方法来研究它。
“纠缠是量子态各部分之间共享的非经典信息。[这是]量子力学的特征,与我们的经典现实最陌生,”德尔大师在一份新闻声明中说道。
“我们的经典引力理论依赖于准确了解时空的形状或几何形状。”
作为解释宇宙中所有巨大和微小事物行为的理论,爱因斯坦的相对论和量子力学并不相吻合,现代物理学中最重要的问题之一就是找到一种方法将两者结合成一个普遍的理论。量子引力论。
也许最终能够在自然发生的物质状态中观察量子纠缠的奇怪现象将使我们更接近这个目标。
该研究发表于自然物理学。