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    引力實際弗成或缺,但它卻和量子實際相悖

    種別:社會消息宣布人:依致美宣布時光:2019-02-25

    據國外媒體報導,愛因斯坦的狹義絕對論曾經有一百多年汗青了,但仍令物理學家頭痛不已。不只由於愛因斯坦提出的等式極難解開,還由於該實際與另外壹項嚴重的物理學造詣——量子實際相抵觸。

    成績在于,粒子都具有量子性質。例如,它們可以同時身處兩地。這些粒子也具有質量,有了質量就會有引力。但因為引力沒有量子性質,我們沒法弄清一個處于量子諜加態的粒子的引力巨細。爲處理這一成績,物理學家須要樹立起“量子引力”實際;亦或許,既然愛因斯坦提出引力實際上是時空的曲折,物理學家須要爲時光和空間的量子性質樹立起一套實際。

    即使對實際物理學家如許的高智商人群來講,這也是個異常艱苦的成績。自上世紀30年月以來,物理學家就曉得,量子引力對樹立天然軌則次序來講弗成或缺。但80年事後,人們仍未找到處理計劃。重要妨礙在于試驗指點的缺掉。量子引力極其微弱,從未被人類探測到,是以物理學家只能依附于數學,而在數學的迷宮中又極易迷掉偏向。

    人們之所以難以取得量子引力的可不雅測迹象,重要由於今朝壹切能夠展開的試驗都不過乎兩類:要末用又小又輕的物體丈量量子效應,要末用又大又重的物體丈量引力效應。在這兩種情形下,量子引力效應都極端微弱。要想視察到量子引力效應,就須要應用一個繁重的、但又有明顯量子性質的物體,而這類物體很難找到。

    物理學家卻是曉得幾種具有較顯著量子引力效應的自然事宜,但研討起來也不輕易。在能量密度很大、時空曲折很強的情形下,其實其實不存在非量子化的引力。這裏要說清晰一點:天體物理學家所謂的“強”時空曲折,對量子引力研討者而言依然很“弱”。黑洞特別如斯:黑洞事宜視界處的時空曲折仍不敷強,缺乏以發生明顯的量子引力效應。

    物理學家以為,只要在黑洞中心和宇宙大爆炸產生後不久,時空曲折能力強到令狹義絕對論生效。在這兩種情形下,被激烈緊縮的物資密度極高、且存在明顯的量子行動,可以發生量子引力效應。但不幸的是,我們沒法視察黑洞外部。要想經由過程今朝的不雅測重建宇宙大爆炸其時的情形,也沒法表示出量子引力行動。

    要想發生明顯的量子引力,應當還可以經由過程質心能量極高的粒子碰撞完成。假如有一台足夠大的粒子對撞機(估測成果顯示,依照現有技術,這台粒子對撞機須要有銀河系那末大),你就能夠把足夠的能量集中在一小塊空間上、從而發生足夠強的時空曲折。但如許一台對撞機可不是說培養造的。

    除強時空曲折外,還有另外壹種引力的量子效應可以被不雅測到的情形,但這類情形常被人們疏忽失落:發明繁重物體的量子諜加態。這會發生一種近似成果:物資具有了量子效應,但引力實際(即半經典限制)其實不會生效,如許便能表現引力真實的量子效應。今朝有幾支試驗團隊正在測驗考試完成這一機制,或許能借此探測到上述效應。不外他們還差著很多多少個數目級,所以離真正勝利仍有必定間隔。

    為什麽物理學家紕謬這類情形做進一步研討呢?很難說明迷信家為何想做某件事、卻不去做另外壹件事。我們只能從實際角度猜想,這類情形或許並非那末風趣。

    前文說過,物理學家還沒有量子引力實際,但這話其實不全對。引力可以被量子化,上世紀60年月,理查德·費曼(Richard Feynman)和布萊斯·德維特(Bryce DeWitt)曾經用通俗的量子化辦法停止了勝利測驗考試。但經由過程這類方法取得的實際(微擾量子引力)在物理學家願望應用該實際的強曲折機制中卻會生效(微擾弗成重正性)。是以,該實際現在僅被視作一種完全量子引力實際在低能量下的近似情形(有用實際)。

    上世紀60年月時,簡直壹切量子引力研討都著重于發展並完美該實際。個中最有名的測驗考試包含弦實際、圈量子實際、漸進平安、因果動力學三角剖分等等。但是,上述觸及隨處于量子諜加態的繁重物體的情形都不包含強時空曲折,是以也被歸入了自上世紀60年月以來提出的一系列缺少興趣、能夠已獲得充足懂得的一類實際當中。譏諷的是,出于這類緣由,人們簡直沒有從上述任何一種角度動身、爲這類試驗提出過實際猜測。

    今朝該範疇的大多半學者都以為,微擾量子引力必定是任何量子引力實際的低能量上限。但也有多數人果斷表現否決,來由有以下幾條。

    第一點從哲學角度動身。否決者以為,從概念下去說,我們不大能夠從一套欠基本的實際(量子引力)中衍生出一套更基本的實際(非量子引力),由於就界說而言,衍生出的實際應該爲欠基本實際才對。確切,楊-米爾斯實際的量子化進程的確是一場邏輯學惡夢。你先從一套非量子實際開端,再把這套實際弄得加倍龐雜、以此樹立另外壹套實際。假如你再向新實際中引入經典限制前提,你獲得的新實際不管若何也沒法獲得準確解讀。既然如斯,你一開端又為什麽要從這裏動身呢?

    謎底也不言而喻:我們如許做,是由於這麽做有效;我們如許做,是由於汗青上的不測,而不是由於這麽做從事理上說得通。對務虛的物理學家來講,這麽做無可指責。但要證實這類辦法也能夠運用于引力研討,還須要更使人佩服的來由才行。

    另外壹種否決微擾量子化的概念以為,你弗成能經由過程使水量子化來研討原子物理。所以,假如你以為引力並非一種根本互相感化,而是大批微不雅成份的聚集行動,那末將狹義絕對論量子化就大錯特錯了。

    持這類概念、即以為引力只是說明一些未知微不雅成份行動的綜公道論的人,實際上是沿用了一種名叫“衍生引力”(emergent gravity)的概念。該實際支撐者包含泰德·雅各布森(Ted Jacobson)、薩努·帕德曼納班(Thanu Padmanabhan)、和埃裏克·韋爾蘭德(Erik Verlinde)等人,他們以為引力軌則可以被改寫成相似熱力學軌則的情勢。該範疇的專家們對這類實際的立場依然扭捏不定,有時以為這是“有史以來最驚人的設法主意”,有時則又以為“有點意思,但意義不大。”

    但不管若何,假如你以為衍生引力是處理量子引力成績的準確思緒,“就我們所知的引力實際在何種情形下會生效”這個成績就變得更龐雜了。它在高度時空曲折的情形下應該依然會生效,但除此以外,或許還存在其它與狹義絕對論相背叛的情形。

    例如,韋爾蘭德以為暗物資和暗能量是量子引力的殘存物。假如你信任這一點,那我們就曾經找到量子引力存在的證據了!還有人提出,假如時空由微不雅成份組成,就應該具有黏性等全體性質,或發生雙折射、光色散等平日與晶體有關的效應。

    總結一下:該範疇簡直壹切人都贊成,在強時空曲折的情形下,引力應該具有明顯的量子效應。部門量子引力實際以為,在長間隔、低加快、或低能量狀況下也能夠湧現顯著偏離狹義絕對論的情形。我們可以借助繁重物體的量子諜加態探丈量子引力效應,但這類能夠性經常被人們疏忽。

    願望在我們有生之年,迷信家可以或許找到量子引力的試驗證據。


    
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