一个可以将量子力学和量子力学两个顽固领域结合起来的实验想法来自英国的两组物理学家赋予了新的生命。
量子理论与引力不能很好地结合这一事实是物理学中的一个巨大绊脚石,长期以来,科学界一些最伟大的头脑一直未能解决这个问题。
量子力学是将离散粒子建模为概率,在我们确定测量结果之前,概率并不真正存在。 这并不是说量子物理学是模糊的——一个世纪的测试使其成为科学上最可靠的理论之一。
除了量子力学之外还有广义相对论,它描述了质量作用在连续、无缝的空间和时间结构上以赋予我们重力。 广义相对论也是科学中最可靠的理论之一,它使我们能够在大范围内精确地预测物体的运动。
但是,尽管这两种理论在描述宇宙方面各自取得了成功互相憎恨对方的胆量。
让事情变得更困难的是,引力是一种在原子尺度上研究的非常棘手的力。
伦敦中央大学 (UCL) 物理学家苏加托·玻色 (Sougato Bose) 表示:“一个令人畏惧的问题是,与自然界中的其他基本力相比,引力相互作用的巨大弱点。”解释给物理世界。
“例如,即使两个电子之间的静电力也比两公斤质量之间的引力高出几个数量级。”
为了找到某种共同点,著名的美国物理学家理查德·费曼早在 1957 年就提出了一个实验设计。
他想象了一个作为概率存在的小质量——或者叠加– 两个地方之间。 放入引力场中,质量应该与引力的量子特性相关联,这种现象称为纠缠。
为了了解该场本质上是否真正被量子化,费曼建议在测量其“真实”位置之前寻找两个可能位置之间的干扰迹象。
如果这两个可能的位置在脱离场之前相互干扰,那么引力将具有可以研究的量子性质。
至少,这是我的想法。
根据两篇新论文的作者的说法,即使在经典的连续引力场内,处于叠加状态的粒子仍然可能会干扰自身,这一事实留下了很大的疑问。
但现在他们提出了一种稍微不同的实验方法,可以弥补测试的一些缺陷,并可能解决现代科学中最大的问题之一。
牛津大学的两位物理学家证明,任何两个量子系统都可以通过第三个系统纠缠在一起,但前提是它也被量子化。
这方便地为一对质量(每个质量处于叠加状态)通过与量子版本的引力场纠缠而单独耦合开辟了道路。 如果引力不是量子的,那么就不存在。
基于这一原理,伦敦大学学院的第二个团队提出了一个实际实验的细节,该实验可以使用假设的“量子引力介体”来纠缠两个单独质量的自旋。
这样的实验不会没有其自身的实际挑战——电磁力的压倒性推力和拉力本身就足以调解纠缠,消除量子引力的任何潜在影响。
但考虑到潜在回报有多大,值得一试。 希望我们不必再等 60 年才能看到费曼的实验如何取得成功。