当今物理学中最棘手的问题之一是我们解释宇宙的两个最佳理论 -和量子力学——它们本身就可以很好地发挥作用,但一旦你尝试将它们结合起来,数学就行不通了。
但是斯坦福大学的一位理论物理学家刚刚提出了一个新的方程这表明最终连接两者的关键可以在称为虫洞的奇异时空隧道中找到。
这个等式看似简单:ER = EPR。
它不是由数值组成,而是代表理论物理学中一些关键人物的名字。
等式左边的 ER 代表爱因斯坦和内森·罗森,并引用了 1935 年的论文他们一起写了一篇描述虫洞的文章,技术上称为爱因斯坦-罗森桥。
等式右边的 EPR 代表爱因斯坦、罗森和鲍里斯·波多尔斯基,那年谁共同撰写了另一篇论文描述量子。
回到2013年斯坦福大学的物理学家伦纳德·苏斯金德和普林斯顿大学高级研究所的胡安·马尔达塞纳认为,这两篇论文可能描述了几乎相同的事情——这是该领域其他人之前没有考虑过的,包括爱因斯坦本人。
现在萨斯金德是回来讨论他的观点是否正确。
但首先,让我们看看这个方程的各个部分。
爱因斯坦的广义相对论首先暗示,虫洞就像宇宙中两个地方之间的隧道。
从理论上讲,如果你掉进虫洞的一侧,你几乎会立即出现在另一侧,即使它恰好位于宇宙的另一侧。
但是w奥姆洞不仅仅是通往宇宙另一个地方的门户,它们是两个人之间的门户次在宇宙中。正如卡尔·萨根曾经说过的,“你可能会出现在太空的其他地方,哦,还有时间。”
量子纠缠,另一方面,描述了两个粒子相互作用的方式,使它们变得不可阻挡地联系在一起,并且本质上“共享”一个存在。
这意味着无论一个粒子发生什么,都会立即直接影响另一个粒子——即使它远在光年之外。
好的,现在让我们将两者结合起来。
在他的新论文中,苏斯金德提出了一种场景,假设爱丽丝和鲍勃各自携带一堆纠缠粒子——爱丽丝携带每对粒子中的一个,鲍勃携带另一个,然后他们在假想的高超音速喷气机中向宇宙的相反方向飞去。
一旦处于各自的位置,爱丽丝和鲍勃用如此巨大的力量将它们的粒子粉碎在一起,他们创造了两个独立的粒子。
苏斯金德说,结果是宇宙两侧有两个纠缠的黑洞,中间由一个巨大的虫洞连接起来。
“如果 ER = EPR 正确,虫洞将连接这些黑洞;因此,可以使用虫洞的几何形状来描述纠缠,”汤姆·齐格弗里德说科学新闻。
“更值得注意的是……两个纠缠的亚原子粒子本身有可能通过某种量子虫洞以某种方式连接起来,”齐格弗里德补充道。
“由于虫洞是时空几何的扭曲 - 由爱因斯坦的引力方程描述 - 将它们识别为将在引力和量子力学之间建立联系。”
苏斯金德说得对吗?现在还不可能说,因为当他发表论文时在印前网络上网站 arXiv.org要接受同行的公开审查,还需要经过正式的同行评审程序。
但是,作为齐格弗里德报告说,苏斯金德并不是唯一走这条路的人。今年早些时候,加州理工学院的一组物理学家在他们研究时提出了类似的假设试图展示如何量子态的变化可以与时空几何曲线联系起来。
在描述该假设的博客文章中团队成员之一肖恩·M·卡罗尔 (Sean M. Carroll) 表示,在这种情况下,能量和时空曲率之间最自然的关系是由爱因斯坦广义相对论方程给出的。
“这种说法,以其听起来最戏剧性的形式,是引力(由能量/动量引起的时空弯曲)在量子力学中并不难获得——它是自动的!或者至少,是最自然的事情,”他说。
我们必须等待,看看 ER = EPR 或密切相关的东西是否得到证实,但这确实值得深思,萨斯金德认为他在这里有所发现。
“对我来说,很明显,如果 ER = EPR 为真,那就是一件非常大的事情,它一定会影响量子力学的基础和解释,”他写道,并补充说,如果他是对的,“量子力学和引力的关系比我们(或至少我)想象的要紧密得多”。