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重磅理论!时空是量子之间纠缠的产物?科学家重新思考其本质!

2018-01-09  了脱人身
空间和时间的性质
一对研究人员发现了广义相对论和量子力学之间的潜在桥梁——这是两种著名的物理学理论——它可以迫使物理学家重新思考空间和时间的本质。
阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论将引力描述为空间和时间的几何性质。一个物体的质量越大,它对时空的扭曲就越大,这种扭曲就被认为是重力。
在20世纪70年代,物理学家史蒂芬·霍金和雅各布·贝肯斯坦注意到黑洞的表面积与它们微观的量子结构之间的联系,这决定了它们的熵。这标志着爱因斯坦的广义相对论和量子力学之间存在着一种联系。
不到三十年后,理论物理学家胡安·马尔达塞纳观察到了引力与量子世界之间的另一个联系。这种联系导致了一个模型的产生,该模型提出,可以通过改变物体不同表面区域之间的纠缠度来创造或摧毁时空。
换句话说,这意味着时空本身,至少是在模型中定义的,是物体之间纠缠的产物。
为了进一步探索这一思路,加州理工学院(CalTech)的曹春军(ChunJun Cao)和肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)开始研究,他们是否能够利用时空起源于量子纠缠的框架,来实际推导出引力的动力学性质(正如一般相对论所熟悉的那样)。他们的研究最近发表在arXiv。
用一个叫做希尔伯特空间的抽象数学概念,Cao和Carroll能够找到控制量子纠缠的方程式和爱因斯坦广义相对论方程的相似之处。这支持了时空和引力确实从纠缠中产生的观点。
卡罗尔告诉未来主义,研究的下一步是确定他们对这项研究的假设的准确性。
他说:“最明显的一个问题是,是否在这个框架中恢复了相对论的对称性,特别是物理学定律并不取决于你在空间中移动的速度。”
万有理论
今天,几乎我们所知道的关于宇宙物理方面的一切都可以用广义相对论或者量子力学来解释。前者能很好地解释大尺度的活动,如行星或星系,而后者帮助我们了解很小的,如原子和亚原子粒子。
然而,这两种理论似乎并不兼容。这使得物理学家们在追求虚无缥缈的“万物理论”——一个可以解释一切的单一框架,包括空间和时间的性质。
因为重力和时空是“一切”的重要组成部分,卡罗尔说他相信他和曹操的研究可以推动一种理论的发展,这一理论可以调和广义相对论和量子力学。不过,他指出,两人的论文是投机性的,范围有限。
他对未来主义说:“我们的研究还没有对自然的其他力量做过多的说明,所以我们还远远没有把所有的东西结合起来。”
不过,如果我们能找到这样的理论,它可以帮助我们回答科学家们今天面临的一些重大问题。我们也许能够最终理解暗物质、暗能量、黑洞和其他神秘的宇宙物体的本质。
目前,研究人员正在利用量子世界的能力,从根本上改进我们的计算系统,而任何事物的理论都有可能加速这一进程,因为它揭示了人们对仍处于混乱状态的领域的新见解。
卡罗尔认为,尽管理论物理学家在追求万物理论的过程中所取得的进步是“随波逐热的”,但每一项新的研究——不论是否具有思辨能力——都使我们离揭示它的方向又近了一步,并引领了人类对宇宙的认识进入了一个全新的时代。
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