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即使在最小的时空单位里 时空也未量子化
www.creaders.net | 2021-02-19 15:59:08  煎蛋网 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

  在普朗克尺度下,物理学竟然波澜不惊,未呈现任何奇异的现象。在宇宙中最小的空间和时间可测单位里,物理学家探索时空量子涨落时发现,一切都是光滑的。

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  这意味着,至少就目前而言,我们仍找不到量子力学版的广义相对论。

  在我们对宇宙的理解中,量子力学与广义相对论的矛盾是最令人困扰的问题之一。

  广义相对论是一种引力理论,它描述了大规模物理宇宙中的引力相互作用。我们可以用它来预测宇宙的演化;广义相对论预言了引力波和黑洞的一些行为。

  相对论下的时空遵循所谓的局部性原理——也就是说,各种相互作用的影响本身受制于光速。

  在量子领域——原子和亚原子尺度——广义相对论崩溃了,量子力学接管了一切。在被测量之前,量子领域中的任何事物都不会在特定的位置或时间内发生,并且被空间或时间分隔的量子系统的各个部分仍然可以彼此相互作用,这种现象被称为非局域性。

  尽管它们存在矛盾,但广义相对论和量子力学都是经过大量验证,被广泛认可的理论。但是到目前为止,事实证明,把它们融合到一起极为困难。

  费米实验室的全息仪项目——由芝加哥大学的天文学家和物理学家克雷格·霍根(Craig Hogan)领导——旨在检测最小可能单位里时空的量子涨落。普朗克长度(10^-33厘米)和普朗克时间,是有测量意义的最小时空单位,后者即光经过普朗克长度所需时间。

  几年前,全息仪未测量到时空的量子涨落。这表明我们目前可以测量的时空本身并未被量子化。当然由于干涉仪臂是笔直的,因此无法检测到其他种类的量子波动。这个后果可能很重要。

  霍根写道:“根据广义相对论,旋转物质会拖曳时空。在存在旋转质量的情况下,陀螺仪测量的局部非旋转框架相对于遥远的宇宙旋转,就像恒星相对于宇宙远端旋转。很可能量子时空在局部框架上具有普朗克尺度的不确定性,这将导致随机的旋转波动或扭曲,我们的第一个实验无法检测到,并且在任何正常情况下都无法检测到。”

  因此,团队重新设计了仪器。他们增加了额外的反射镜,以便能够检测旋转的量子运动。他们开发了一部极其灵敏的陀螺仪,可以检测每秒改变百万次方向的普朗克标度旋转。

  在2017年4月至2019年8月的5次观测中,该团队收集了1098小时的双干涉仪时间序列数据。在所有的时间里,没有任何微动。据我们所知,时空仍然是一个连续的过程。

  但这并不像某些科学家所诟病的那样,全息仪就是浪费时间。

  我们拥有了一台目前精度最高的仪器。它返回的结果(是否为空)将决定未来在普朗克尺度上探索相对论和量子力学融合的方向。

  霍根说:“如果不采取一些措施来指导理论,我们可能永远不会理解量子时空是如何工作的。全息仪项目是一个探索性的实验。仅以粗略的理论来指导其设计,我们无法解释当前的平凡结果。量子起伏比我们想象得更小,或者它们具有对称性,从而在我们尚未测量的空间中创建了一种模式?随着科学进步,未来的实验会更好,并且可能为我们提供一些线索,从更深的量子系统中探知时空真相。”

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