加入收藏 | 设为首页 |

回来吧大叔-时空的量子来源

海外新闻 时间: 浏览:317 次

本文经Knowable Magazine(www.knowablemagazine.org)授权翻译,制止二次转载

撰文:Tom Siegfried

剧作家罗德瑟林(Rod Serling)了解与维度有关的全部。他的剧集《迷离境地》(The Twilight 回来吧大叔-时空的量子来源Zone)是一个幻想的维度,一个视觉、听觉和思想的维度,一个如空间般宽广、如无限般永久的维度。傍边的全部都很清楚,除了与空间和时刻有关的部分,也便是实在国际中的维度。瑟林从来回来吧大叔-时空的量子来源没有解说过这些。

自从爱因斯坦以来,科学家一直在犯难考虑,究竟要怎么了解空间和时刻。在那之前,简直所有人都以为牛顿现已把全部都解说清楚了。牛顿声称,时刻均匀地流动,与任何外部事物都无关;绝对空间也只关于自身,总是类似且不行移动的,在空间中什么也没有。物理实际的事情独登时发作在一个中立的舞台上,艺人们高视阔步、四处移动,却并不影响剧院的其他部分。

但爱因斯坦的理论将牛顿的绝对空间与时刻变成了相对论式的混合体,他的方程预示的是一个交融的时空,这就像是一种新的竞技场,场上的运动员能改动赛场周围的空间。相对论改动了物理学的游戏规则。空间和时刻不再是为物质和能量供给的一个毫无特征的布景。之前互相独立、均匀打开的空间和时刻变得不行分割且充溢改变。正如爱因斯坦在他的广义相对论中所展现的那样,物质和能量会歪曲周围的时空。这个简略的实际解说了引力。牛顿理论中的引力效果成为了一种由时空几许形成的幻觉。是时空的形状决议了大质量物体的运动,而大质量物体反过来又决议了时空的形状,这是一种互为对称的准则。

爱因斯坦掀起了一场时空革新,而对这场革新的验证呈现在一个世纪之前。其时,一个调查项目准确丈量了在日食发作时,来自悠远星体的光在挨近太阳边际时呈现的曲折程度,然后证明了广义相对论的首要猜测。但时空依然奥秘莫测。由于时空并非虚空,所以人们自然会猎奇,时空究竟从何而来。

现在,在上个世纪另一场巨大的物理学奇观——量子力学的根底之上,一场新的革新行将答复这个问题。这场革新将有望再次改写时空的概念,乃至还有或许解说量子力学为何如此古怪。

在《凝聚态物理学年鉴2018》中,物理学家布莱恩斯温格尔(Brian Swingle)写道:“时空和引力终究必定来自其他东西。”不然,咱们将很难看到要怎么和谐爱因斯坦的引力理论和量子力学的数学之间长期以来的不相容。爱因斯坦将引力看作是时空几许的表现形式,这种观念取得了巨大的成功。但量子力学也是如此,它准确无误地描绘了物质和能量在原子尺度上的相互效果。可是,在企图找到一种能让量子的奇异性与几许引力相谐和的衔接数学时,物理学家却遭受了技能和概念上的巨大妨碍。

至少长期以来,关于测验了解一般的时空而言,状况都是如此。可是,从对其他的时空几许的理论研讨中,出现出了或许通往一条行进路途的头绪。其间一种代替理论被称为反德西特空间(anti-de Sitter space),它具有古怪的曲折,并且倾向于向自身坍缩,而不是像咱们的国际那样胀大。反德西特空间不会是一个合适寓居的当地,但作为一个研讨量子引力理论的实验室,它能供给许多东西。斯温格尔写道:“量子引力十分丰富且令人困惑,就连模型国际也能给物理学带来巨大的启示。”

例如,对反德西特空间的研讨标明,描绘引力(也便是时空几许)的数学能够等价于低一个维度的空间中的量子物理数学。这就像是全息图,它是一个能表现三维图画的平整二维曲面。以这样的思想来看,或许四维的时空几许能够被编码进三维空间的量子物理数学。又或许,咱们需求更多的维度,而究竟需求多少个维度也是问题的一部分。

不管怎么,沿着这些路途进行的研讨提醒了一种令人惊奇的或许性:时空自身或许由量子物理学发作,特别是由量子羁绊这种令人困惑的现象发作。

正如人们遍及解说的那样,羁绊是一种鬼魂般的衔接,能将哪怕相隔悠远的粒子也衔接在一起。假如这些粒子是从一个一起的源宣布的,那么不管它们互相相距多远,依然会羁绊在一起。假如丈量其间一个粒子的特性(比方自旋或偏振),那么咱们也会知道对另一个粒子进行相同的丈量会得出什么成果。但在丈量之前,这些性质是不确定的,这是一个较为违背直觉的实际,但它现已被许多实验所证明。它看起来像是一个当地的丈量成果决议了另一个悠远当地的丈量成果。

这听起来好像在暗示,羁绊的粒子有必要能够以超越光速的速度沟通。不然咱们无法幻想,在宽广的时空中,其间一个粒子怎强行么知道另一个粒子发作了什么。但它们之间实际上不会发送任何信息。那么,羁绊的粒子怎么跨过分隔它们的时空距离呢?或许答案是,它们没有必要这样做,由于羁绊并不在时空中发作。而是羁绊发明了时空。

至少,这是模型国际现在带给咱们的启示。斯温格尔在文章中写道:“时空和引力的呈现是量子多体物理学中的一个奥秘现象,咱们想要了解它。”在几位顶尖物理学家的不懈努力下,咱们现已获取了一些理论依据,标明是羁绊的量子态网络织造了时空的结构。这些量子态通常用“量子比特”来描绘,也便是量子信息位元,它们就像一般核算机中的比特相同,只不过不是简略的1或0,而是1和0的叠加。羁绊的量子比特会生成具有一个额定维度的空间几许网络,超出这些量子比特地点的维度数量。所以量子比特的量子物理能够等同于具有一个额定维度的空间几许。最重要的是,羁绊的量子比特所生成的几许结构或许十分契合爱因斯坦的广义相对论方程,至少最新的研讨是指向这个方向的。Swingle写道:“明显,从羁绊中树立的具有正确性回来吧大叔-时空的量子来源质的几许有必要恪守引力运动方程。这一成果进一步证明,时空起源于羁绊的说法是正确的。”

尽管如此,咱们依然需求证明的是,在具有额定维度的模型国际中所发现的头绪,能否在一般时空中叙说一个实在的故事,在这个实在的故事中,真实的物理学家高视阔步、犯难考虑。没有人真实切当地知道,实际国际中的量子进程将怎么织造时空的结构。或许咱们会发现在核算中所作的一些假设是过错的。但也有或许是物理学正处于一种边际状况,它比以往任何时候都更深化地探求大自然的根底,探究包括此前不知道的时空维度(或是视觉和声响)在内的存在,而这种不知道的维度终究或许能让《迷离境地》变成一场真人节目。

译:乌鸦少年

版权声明:原文标题为“A quantum origin for space time”,首发于Knowable Magazine(www.knowablemagazine.org)。原文链接:https://www.knowablemagazine.org/article/physical-worl回来吧大叔-时空的量子来源d/2019/quantum-origin-spacetime。本文经Knowable Magazine的出版社Annual Reviews授权翻译。中文内容仅供参考,全部内容以英文原版为准。