万物理论的最后一块拼图?将引力与量子力学统一,连爱因斯坦都没有做到

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 Frieza77 • 2018-08-21 11:25:55 来源:前瞻网 E1207G0

艺术家对中子星合并产生的引力波的再现。原始宇宙是引力波的那我来源,但会 引力波能被探测到,没有 并有的是发现就能帮助物理学家设计出并有的是量子引力理论。

宇宙中所有的基本力都遵循量子力学的定律,除了引力。找到并有的是将引力融入量子力学的法律依据,将使科学家向“万物理论”迈进一大步。“万物理论”都上能 从基本原理上完整解释宇宙的运行。在探索引力有无 为量子的过程中,关键的第一步是探测长期以来假设的引力基本粒子,引力子。在对引力子的寻找中,物理学家现在转向了涉及微观超导体、自由下落晶体和大爆炸余辉的实验。

量子力学认为所有的东西有的是由量子组成的,但会 说由能量包组成,它们的行为既像粒子又像波,之类,光的量子被称为光子。探测引力子,并有的是假设的引力量子,将证明引力是由量子组成的。什么的问题是引力有点硬弱。物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)曾提出过另2个多多 著名的观点,我你都上能 直接观察引力子对物质产生的极其微小的影响,没有 引力子探测器的质量时需非常大,大到以至于它当事人会坍缩,形成另2个多多 黑洞。

荷兰代尔夫特理工大学的量子物理学家Richard Norte说:“量子引力理论的另2个多多 什么的问题是,它们的预测通常几乎不但会 通过实验来验证,这但会 为甚存在没有 多相互竞争的理论,这也是为甚亲们在理解它的实际工作原理方面没有 取得成功的主要由于。”

然而,澳大利亚阿德莱德大学的现任理论物理学家James Quach在2015年提出了并有的是利用量子性质来探测引力子的法律依据。量子力学表明宇宙本质上是模糊的,之类,另2个多多 人永远不但会 一同知道另2个多多 粒子的位置和动量。并有的是不选者性的其中另2个多多 后果是,真空永远无需完有的是空的,但会 其中有 并有的是所谓的虚拟粒子的“量子泡沫”,并有的是“量子泡沫”不断地老出和消失。什么魔鬼司令般的实体但会 是任何并有的是量子,包括引力子。

几十年前,科学家发现虚拟粒子都上能 产生可探测的力。之类,卡西米尔效应是在真空放到置在一同的两面镜子之间所想看 的吸引或排斥什么的问题。什么镜子反射外皮的运动是由虚光子产生的力引起的。先前的研究表明,超导体对引力子的反映但会 比普通物质更强烈,但会 Quach计算出,在真空中寻找另2个多多 超导体薄片之间的相互作用都上能 揭示并有的是引力的卡西米尔效应,效应产生的力但会 比标准的基于虚拟光子的卡西米尔效应所预期的力大10倍。

最近,Norte和他的同事开发了并有的是微型芯片来进行并有的是实验。并有的是芯片容纳了另2个多多 微铝涂层板,它们被冷却到接近绝对零度,从而成为超导材料。一块平板连着一面可移动的镜子,激光射向那面镜子。但会 板块但会 引力卡西米尔效应而移动,没有 从镜子反射出去的光的频率就会存在可测量的位移。正如7月20日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)网络版上的完整资料所示,科学家们没有 发现任何引力卡西米尔效应。并有的是空头结果好的反义词一定排除了引力子的存在和引力的量子性质。麻省理工学院的量子物理学家、诺贝尔奖得主弗兰克•维尔切克(Frank Wilczek)表示,更确切地说,这但会 但会 由于,引力子与超导体的相互作用好的反义词像先前的研究估计的没有 强。Wilczek没有 参与这项研究,但会 他对其研究的无效结果好的反义词感到意外。即便没有 ,Quach说,这是“探测引力子的勇敢尝试”。

好的反义词Norte的微芯片没有 发现引力有无 为量子,但许多科学家正在寻找各种法律依据来寻找引力量子效应。之类,在2017年,两项独立研究表明,但会 引力是量子,它但会 会在粒子之间产生并有的是被称为“量子纠缠”的联系,那我另2个多多 粒子就会瞬间影响到那我粒子,无论它们存在宇宙的哪个位置。利用激光束和微观钻石进行桌面实验但会 能助 寻找并有的是基于引力的纠缠。什么钻石晶体将被保存在真空中,以补救与原子碰撞,那我它们只都上能 单独通过引力相互作用。科学家们会让什么钻石一同掉落,但会 引力是量子句子,每个晶体对那我晶体发出的引力会使它们纠缠在一同。

研究人员会在钻石下落后,用激光照射每颗钻石的心脏来寻找纠缠。但会 晶体中心的粒子朝另2个多多 方向旋转,它们就会发出荧光,但但会 它们朝那我方向旋转,它们就无需发出荧光。

但会 另2个多多 晶体的自旋同步的概率超过了偶然的概率,这就由于产生了量子纠缠。来自荷兰格罗宁根大学的量子引力研究员Anupam Mazumdar说:“世界各地的实验者都很想接受并有的是挑战。”

麻省理工学院量子物理学家艾伦•古斯(Alan Guth)表示,寻找量子引力证据的那我策略是观察宇宙微波背景辐射,即宇宙大爆炸微弱的余辉。当宇宙在大爆炸后的一秒钟内以惊人的数率膨胀时,根据Guth被广泛支持的宇宙膨胀模型,什么短波长的波长会在整个宇宙中延伸到更远。量子引力的证据,都上能 以宇宙微波背景辐射里光子偏振或排列中的漩涡并有的是形式被想看 。

然而,什么被称为b模式的漩涡的数率在很大程度上取决于膨胀的确切能量和时间。Guth说:“许多版本的膨胀预测表明,什么b模式迅速了 就会被发现,而另许多版本则预测说,b模式非常弱,根本就没有 但会 探测到它们。但但会 它们被发现了,但会 它们的性质符合膨胀预期句子,那对证明引力是量子化的并有的是假设来说但会 是非常有力的证据。”

那我查实引力有无 为量子的法律依据是直接观察引力波中有无 存在量子波动,引力波被认为是由大爆炸后不久产生的引力子组成。激光干涉仪引力波天文台(LIGO)在2016年首次探测到引力波,但会 它对探测早期宇宙中膨胀到宇宙尺度的波动引力波来说还缺乏敏感,Guth说。Wilczek补充说,太空中的引力波观测站,如激光干涉太空天线(LISA),则有但会 探测到什么波。

然而,阿拉巴马大学亨茨维尔分校的天体物理学家Richard Lieu最近在《经典与量子引力》(Classical and Quantum Gravity)杂志上发表的一篇论文中指出,但会 引力子所携带的能量与目前粒子物理模型所显示的一样多,没有 LIGO早就应该但会 探测到了引力子才对。这但会 是但会 引力子的能量比预期的要少,但Lieu认为这也但会 由于引力子好的反义词存在:“但会 引力子根本不存在,对大多数物理学家来说,这将是另2个多多 热烈祝贺 ,但会 亲们在发展量子引力理论方面正在经历一段黑暗的时期。”

然而,设计消除引力子的理论但会 好的反义词比设计保持引力子的理论容易。Guth认为:“从理论角度来看,没有想象引力都上能 补救被量子化,我并问你任何表明量子物质都上能 与经典力学理论相互作用的合理理论,我时需象不了那我的理论会站得住脚。”

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