科學家採用一種新的方法可以消除重力和量子力學之間的聯繫


在物理學中,有兩種​​主要的方法可以對宇宙建立模型。第一種是古典方式。牛頓運動定律和愛因斯坦相對論等經典模型都假定對象的屬性(例如其位置和運動)是絕對的。對於如何精確地測量物體在空間和時間上的路徑,存在一些實際的限制,但這就是我們的責任。大自然無限精確地知道它們的運動。諸如原子物理學之類的量子模型假定對象受相互作用控制。這些相互作用是概率性的和不確定。即使我們將交互作用限制為有限的結果,我們也永遠無法知道物體的運動具有無限的精確度,因為自然不允許這樣做。

這兩個理論世界,即確定的經典和不確定的量子,都工作得非常好。對於大型,大型物體(例如:行星),以及對於小型,輕型物體(例如:原子和分子)的量子而言,是經典的。但是,當我們嘗試研究諸如黑洞內部或大爆炸最早時刻的可觀測宇宙之類的大而細小的事物時,這兩種方法都失效。因為它具有廣義相對論的所有性質以及量子理論的所有性質。這個理論有時稱為量子重力,但是現在我們還不知道它會起作用。

研究這一理論很困難,因為我們沒有任何實驗可以直接進行檢驗。但是一項新的研究提出一個實驗,可以使我們對量子重力的工作原理有所了解。

關鍵是要擁有一個本質上是量子的物體,它的質量足以使經典重力起作用。為此,研究小組建議使用一種稱為玻色-愛因斯坦凝態(Bose-Einstein Condensate)的過冷狀態。當某些原子組冷卻得如此之多,以至於它們在單個量子態中有效地模糊在一起時,就會發生這種情況。如果將數十億個原子冷卻至玻色-愛因斯坦凝態物,它們將形成質量與病毒大致相等的單個量子物體。很小,但是足夠大,可以研究重力的影響。

該小組建議製造這樣的冷凝物,然後將它磁性懸浮,這樣只有重力才能與之相互作用。在他們的工作中,如果重力在量子水平上起作用,那麼冷凝物的形狀將與其失重的高斯形狀(Gaussian shape)略有不同。如果重力僅在經典水平上相互作用,則冷凝物將保持高斯狀態。

這種方法可以用我們當前的技術來完成。與其它的研究不同,該實驗僅依賴於量子系統的基本特性,而不是糾纏等更複雜的相互作用。如果能夠進行實驗,它可以使我們對量子重力的基本本質有一個真正的了解。

【圖、文:節譯自今日宇宙網頁】

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