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伦敦大学学院物理学家找到化解广义相对论和量子理论分歧的方法

更新时间:2024-07-22 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

有些敌意太强烈,永远无法解决,比如广义相对论和量子论,这两个描述宇宙的数学框架是无法调和的。7d8物理好资源网(原物理ok网)

但在一篇新论文中物理学家卡洛,伦敦大学学院的物理学家乔纳森·奥本海姆声称找到了解决他们分歧的方法。而且更妙的是——第二篇论文提出了一种通过实验测试的方法。7d8物理好资源网(原物理ok网)

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量子理论和爱因斯坦的广义相对论在数学上是不相容的,因此了解如何解决这一矛盾非常重要,”奥本海姆解释道。“时空应该被量化吗?还是我们应该修改量子理论?还是完全不同?”7d8物理好资源网(原物理ok网)

宇宙在不同尺度上的表现并不统一,我们也有不同工具来探索和描述它。广义相对论是一种理论,它基于引力弯曲时空的方式,描述大尺度物理宇宙中的引力相互作用。7d8物理好资源网(原物理ok网)

它可以用来预测宇宙;广义相对论预测了引力波、引力透镜和黑洞的一些行为。7d8物理好资源网(原物理ok网)

在原子和亚原子等更小的尺度上,引力并不像相对论中那样起作用。需要一套不同的规则来描述物质的行为和相互作用。这就是量子理论。7d8物理好资源网(原物理ok网)

几十年来,物理学家们一直在努力弄清楚如何让这两套规则协同工作。相对论和量子理论在现实世界中相互作用,但科学家们还未能弄清楚如何相互作用。7d8物理好资源网(原物理ok网)

目前的想法是,引力可以用量子理论或量化来描述。这是弦理论和量子环理论背后的理论。7d8物理好资源网(原物理ok网)

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但奥本海姆在他的论文中提出了一个完全不同的选择。如果时空完全受经典物理学支配,无法量化怎么办?7d8物理好资源网(原物理ok网)

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想象一下现实就是你的电脑或手机屏幕。你可以清楚地看到大图,但如果你用放大镜观察屏幕,你会看到它是由非常小的细胞组成的。7d8物理好资源网(原物理ok网)

根据量子理论,这就是宇宙。如果你把宇宙放大到足够远,它是由微小的基本单位或量子组成的,就像屏幕上的像素一样。如果时空不是量子,无论你把宇宙放大到什么程度,它都会一直保持平滑。7d8物理好资源网(原物理ok网)

然而,根据奥本海姆的理论,时空不仅会变得平滑,而且会变得不稳定和不可预测。这就是它变得可测试的地方。这种不稳定性会导致可测量属性的波动大于量子理论预测的波动。7d8物理好资源网(原物理ok网)

通过正确的实验留学之路,物理学家可以寻找这些波动。7d8物理好资源网(原物理ok网)

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伦敦大学学院的物理学家扎克·韦勒-戴维斯说:“我们已经证明,如果时空不具有量子特性,那么时空曲率必定存在随机波动,并且这些波动具有可以通过实验验证的特殊特征。”7d8物理好资源网(原物理ok网)

“无论是在量子引力还是经典引力中,我们周围的时空都必须经历剧烈而随机的波动,但其规模我们还无法探测到。但如果时空是经典的,波动就必须大于某个尺度,而这个尺度可以通过另一个实验来确定,在这个实验中,我们可以测试一个重原子在两个不同位置的叠加态中能停留多长时间。”7d8物理好资源网(原物理ok网)

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现在,相对论和量子力学的问题是一个大问题。要解决它需要绝对非凡的证据,而我们距离这个目标还很远。7d8物理好资源网(原物理ok网)

当然,奥本海姆的理论也遭到了科学界的反对。7d8物理好资源网(原物理ok网)

事实上,物理学家卡洛·罗威利(Carlo )和杰夫·彭宁顿(Geoff )坚信量子理论可以描述引力,他们与奥本海姆以 5,000:1 的比例打赌说量子理论一定可以描述引力。7d8物理好资源网(原物理ok网)

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但即使在实验中什么也没发现也能告诉我们一些重要的东西物理学家卡洛,所以无论实验的结果如何,我们都可以从中了解到一些有趣和有价值的东西。7d8物理好资源网(原物理ok网)

“测试空间和时间本质的实验需要付出巨大的努力,但从理解自然基本规律的角度来看,它们极其重要,”伦敦大学学院物理学家 Bose 表示,他没有参与论文的研究。“我相信这些实验是可以实现的——这些事情很难预测,但也许我们会在未来 20 年内知道答案。”7d8物理好资源网(原物理ok网)

奥本海姆的理论发表在《物理评论 X》上。《自然通讯》描述了一项旨在验证该理论的实验。7d8物理好资源网(原物理ok网)

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