可以通过量子领域中的奇怪闪光来创建重力

2018-01-26 01:02:53

Emma Johnson / Getty By Anil Ananthaswamy你如何调和现代物理学的两大支柱:量子理论和引力其中一个或两个将不得不让路一种新的方法认为重力可能来自量子水平的随机波动,使量子力学成为两种理论中更为基础的在我们对现实的两个主要解释中,量子理论控制着最小的物质之间的相互作用广义相对论涉及引力和宇宙中最大的结构自爱因斯坦以来,物理学家们一直试图弥合两者之间的差距,但收效甚微部分问题在于知道每种理论的哪些方面对我们对现实的理解至关重要将重力与量子力学相协调的一种方法是显示最重要的引力来自称为量子的不可分割的包裹,就像电磁力来自称为光子的量子但迄今为止,这种量子引力理论的道路已被证明无法通行现在,位于德国Garching的马克斯普朗克量子光学研究所的Antoine Tilloy试图通过调整标准量子力学来获得引力在量子理论中,粒子的状态由其波函数描述例如,波函数可以计算在测量中在一个地方或另一个地方找到粒子的概率在测量之前,不清楚粒子是否存在,如果存在,在哪里看起来,现实是由测量行为产生的,它会使波函数“崩溃”但量子力学并没有真正定义测量是什么例如,它需要一个有意识的人吗测量问题导致像薛定谔猫这样的悖论,其中一只猫可以在一个盒子里同时死亡和活着,直到有人打开盒子看这种悖论的一个解决方案是在20世纪80年代后期开发的所谓的GRW模型它结合了“闪光”,它是量子系统波函数的自发随机坍塌结果就像是进行了测量,但没有明确的观察者 Tilloy修改了这个模型,以展示它如何导致引力理论在他的模型中,当闪光灯坍塌波函数并使粒子在一个地方时,它会在时空中创造一个引力场具有大量粒子的大量量子系统受到大量闪光的影响,结果是波动的引力场 “量子系统中的自发崩溃在时空中创造了一个引力场”事实证明,这些波动的平均值是人们对牛顿引力理论所期望的引力场(arxiv.org/abs/1709.03809) 这种将重力与量子力学统一起来的方法被称为半经典:重力来自量子过程,但仍然是一种经典力量 “没有理由忽视这种半经典的方法,让重力在基础层面上具有经典性,”Tilloy说 “我原则上喜欢这个想法,”德国杜伊斯堡 - 埃森大学的Klaus Hornberger说但他指出,在这种方法成为统一所有支撑大小规模物理定律的基本力量的重要竞争者之前,还需要解决其他问题例如,如牛顿理论所描述的那样,Tilloy的模型可用于获得引力,但仍需要计算数学,以确定它是否有效地将引力描述为爱因斯坦的广义相对论 Tilloy同意 “这很难推广到相对论的环境,”他说他还提醒说,没有人知道量子力学的许多调整中哪一个是正确的尽管如此,他的模型做出了可以测试的预测例如,它预测重力在原子尺度上的表现与在较大尺度上的表现不同如果这些测试发现Tilloy的模型反映现实并且引力确实源于坍缩的量子波动,那么通向一切理论的路径将涉及半经典引力将是一个很大的线索这篇文章出现在标题“量子崩溃产生引力”的印刷品中有关这些主题的更多信息: