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愛因斯坦重力概念、量子力學本質上相互矛盾,誰該修改?

2023年12月05日 首頁 » 熱門科技

愛因斯坦重力概念、量子力學本質上相互矛盾,誰該修改?


現代物理學核心有條巨大鴻溝,科學家已花一個多世紀試圖彌合不兼容的量子力學與愛因斯坦廣義相對論。現在,英國物理學家Jonathan Oppenheim提出協調量子力學、愛因斯坦重力概念在數學上不兼容的新框架。

現代物理學創建於2大支柱之上:控制著宇宙最小粒子行為的量子理論,以及通過時空扭曲解釋重力的愛因斯坦廣義相對論,量子力學在原子尺度上給出完美描述,愛因斯坦廣義相對論對重力如何塑造宇宙的預測則從未被證明哪裡出錯,但這2種理論從根本上相互矛盾,一個多世紀以來始終未和解。

一般認為愛因斯坦的引力理論需修改或「量子化」,因此而衍生的2個最主要量子重力理論即弦理論(string theory)、循環量子重力論(loop quantum gravity,LQG)。

但倫敦大學學院(UCL)天文物理學家Jonathan Oppenheim發布的2篇新論文挑戰這項共識。第一篇發表在《Physical Review X》的論文提出「後量子經典重力理論(postquantum theory of classical gravity)」,Jonathan Oppenheim選擇修改量子理論,在統一重力與量子力學的同時保留愛因斯坦經典時空概念,或者說時空根本不受量子理論支配。

Jonathan Oppenheim認為,時空無論放大多少倍都仍平滑且連續,而非「量子化」成離散單位,因此時空本質也不穩定,時間流動速度不可預測且隨機波動,就像溪流潮起潮落,導致時空存在可預測性的內在崩潰,發生隨機劇烈波動的幅度比量子理論設想還大。

第2篇論文發表在《自然通信》期刊,提出一項精確測量物體重量微小波動來揭示時空「擺動」的實驗,如果時空不具量子性質,那麼時空曲率必然存在隨機波動,這種波動可以通過實驗驗證特定特徵。

說到這,Jonathan Oppenheim還和支持循環量子重力論的科學家Geoff Penington打賭,最後勝出的究竟是「重力理論」或「量子重力理論」。

雖然測試時空本質的實驗需要耗費大量心血,未來20年,或許這些實驗能讓我們知道答案。

(首圖來源:倫敦大學學院)

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