物理學(xué)家發(fā)表新理論，探索串聯(lián)引力學(xué)和量子力學(xué)

物理學(xué)家發(fā)表新理論，探索串聯(lián)引力學(xué)和量子力學(xué)

IT之家 12 月 5 日消息，現(xiàn)代物理學(xué)建立在兩大支柱上，其一是量子理論，控制著宇宙中最小的粒子；另一個(gè)是愛因斯坦的廣義相對(duì)論，它通過時(shí)空彎曲來(lái)解釋引力。不過兩種理論互相矛盾，在過去一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)家不斷探索調(diào)和兩種理論。

物理學(xué)家在探索過程中也衍生出了各種假說，認(rèn)為愛因斯坦的引力理論必須被修改或“量子化”，才能適應(yīng)量子理論，并以此衍生了引力量子理論、弦理論和環(huán)量子引力等。

倫敦大學(xué)學(xué)院物理與天文學(xué)系的喬納森?奧本海姆（Jonathan Oppenheim）教授提出的一項(xiàng)新理論，兩項(xiàng)相關(guān)成果發(fā)表在《物理評(píng)論 X》（PRX）上。

這項(xiàng)新理論稱為“經(jīng)典引力的后量子理論”（postquantum theory of classical gravity），在保留了愛因斯坦的經(jīng)典時(shí)空概念同時(shí)，統(tǒng)一了引力學(xué)和量子力學(xué)。

在介紹該理論之前，IT之家先介紹下愛因斯坦的經(jīng)典時(shí)空概念。愛因斯坦認(rèn)為，時(shí)間并不獨(dú)立存在的一種實(shí)體，而是和空間緊密耦合在一起的伴生品，即所謂的宇宙時(shí)空。

在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，宇宙時(shí)空是一個(gè)四維結(jié)構(gòu)，除了三維的長(zhǎng)寬高外第四個(gè)維度就是時(shí)間，愛因斯坦還證明了時(shí)間是相對(duì)的，不同環(huán)境下的時(shí)間流逝速度也不一樣，甚至每個(gè)人感覺到到的時(shí)間都不一樣。

這項(xiàng)新的理論認(rèn)為時(shí)空可能是經(jīng)典的，不受量子理論的支配。該理論修改了量子理論，預(yù)測(cè)了由時(shí)空本身介導(dǎo)的可預(yù)測(cè)性的內(nèi)在崩潰。

這導(dǎo)致時(shí)空的隨機(jī)和劇烈波動(dòng)，其波動(dòng)比量子理論所設(shè)想的要大，如果測(cè)量得足夠精確，物體的表觀重量是不可預(yù)測(cè)的。

第二篇論文同時(shí)發(fā)表于 自然通訊 在奧本海姆教授以前的博士生的帶領(lǐng)下，他研究了該理論的一些后果，并提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試：非常精確地測(cè)量質(zhì)量，看看它的重量是否會(huì)隨著時(shí)間的推移而波動(dòng)。

例如，法國(guó)國(guó)際計(jì)量局通常稱量 1 公斤的質(zhì)量，并以此作為 1 公斤的標(biāo)準(zhǔn)。如果這 1 公斤質(zhì)量的測(cè)量波動(dòng)小于數(shù)學(xué)一致性所需的波動(dòng)，則可以排除該理論。

研究證明，如果時(shí)空不具有量子性質(zhì)，那么時(shí)空曲率必然存在隨機(jī)波動(dòng)，這種波動(dòng)具有可通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的特定特征。

IT之家附上論文參考地址：

• https://www.ucl.ac.uk/oppenheim/pub/quantum_vs_classical_bet.pdf

• Oppenheim, J., Sparaciari, C., ?oda, B. et al. Gravitationally induced decoherence vs spacetime diffusion: testing the quantum nature of gravity. Nat Commun 14, 7910 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467023433482