2019-06-12 由 老胡說科學 發表于科學

維也納大學物理學教授馬庫斯·阿斯貝爾邁耶也持同樣樂觀的態度。他的團隊正在量子重力界面上開發三個獨立的實驗——兩個用於實驗室，一個用於軌道衛星。在天基實驗中，納米球被冷卻到運動的最低能量狀態，雷射脈衝將納米球置於兩個位置的量子疊加中，形成類似於雙縫實驗的情況。當納米層向探測器移動時，它將表現得像一個有兩個干涉峰的波。每個納米球只能在一個位置被探測到，但經過多次重複實驗後，納米球位置的分布會出現干涉條紋。如果重力破壞了疊加，那麼質量太大的納米球就不會出現條紋。 該小組正在為地球表面設計一個類似的實驗，但它將不得不等待。目前，這些納米球還不能被足夠的冷卻，而且它們在地球引力的作用下下降得太快，無法進行測試。但是「事實證明，衛星上的光學平台實際上已經滿足了我們進行實驗所需要的要求，」阿斯貝爾梅耶說，他正在與德國的歐洲航空防務航天公司合作。他的團隊最近演示了實驗所需的一個關鍵技術步驟。如果發射成功並按計劃進行，它將揭示納米球的質量與退相干之間的關係，從而使引力與量子力學對立起來。

研究人員在《自然物理》雜誌上發表了另一項陸地實驗。許多提出的量子引力理論都涉及對海森堡測不準原理的修正。海森堡測不準原理是量子力學的基石，它認為不可能同時精確測量物體的位置和動量。任何偏離海森堡公式的地方都應該顯示在光學力學振盪器的位置動量不確定性中，因為它受到重力的影響。這種不確定性本身是不可估量的小——只有質子寬度的1億到萬億分之一那麼模糊——但是阿斯貝爾邁耶小組的理論家伊戈爾·皮科夫斯基發現了一種探測它的後門途徑。當光脈衝擊中振盪器時，皮科夫斯基聲稱它的相位(波峰和波谷的位置)將根據不確定性發生明顯的偏移。偏離傳統量子力學的預測,這可能是量子引力的實驗證據。

攤牌

許多物理學家期望量子理論能占上風。他們認為，原則上，彈簧上的球應該能夠同時存在於兩個地方，就像光子一樣。球的重力場應該能夠在量子疊加中干涉自身，就像光子的電磁場一樣。「我不明白為什麼這些量子理論的概念，已經被證明是正確的光的情況下，應該失敗的情況下的重力，」阿斯貝爾邁耶說。 但廣義相對論和量子力學本身的不相容表明，引力可能會有不同的表現。一個令人信服的觀點是，重力可以作為一種不可避免的背景噪音，使疊加物坍縮。 達特茅斯學院的物理學教授邁爾斯?「我的觀點是，重力有點像基本的、不可避免的、最後的求助環境。」 在光學機械振盪器中，兩個反射鏡之間的光使其中一個反射鏡在彈簧上振盪。實驗人員計劃使用這樣的裝置來讓量子力學與廣義相對論對立起來。 在光學機械振盪器中，兩個反射鏡之間的光使其中一個反射鏡在彈簧上振盪。實驗人員計劃使用這樣的裝置來讓量子力學與廣義相對論對立起來。

背景噪聲的概念是在20世紀80年代和90年代由匈牙利威格納物理研究中心的Lajos Diosi和牛津大學的Roger Penrose分別提出的。根據彭羅斯的模型，時空曲率的差異可以在疊加過程中累積，最終摧毀它。物體的質量或能量越大，其引力場越大，就會越快地發生「重力退相干」。時空差異最終導致粒子位置和動量的噪聲達到不可約水平，符合不確定性原理。 米爾本說:「如果不確定性原理和量子物理的一些令人困惑的特性的最終原因是空間和時間的量子效應，那將是一個非常好的結果。」 受到實驗測試可能性的啟發，米爾本和其他理論家正在擴展迪奧西和彭羅斯的基本思想。在《物理評論快報》、發表的一篇論文中，布倫考通過將重力建模為一種環境輻射，推導出了一個重力退相干率方程。他的方程包含一個叫做普朗克能量的量，它等於可能存在的最小黑洞的質量。「當我們看到普朗克能量時，我們會想到量子引力，」他說。「所以，這個計算可能觸及了這個尚未發現的量子引力理論的元素，如果我們有的話，它將向我們展示，引力與其他形式的退相干從根本上是不同的。」 斯坦普正在開發他所稱的量子引力的「相關路徑理論」，該理論指出了引力退相干的一種可能的數學機制。在傳統的量子力學中，未來結果的概率是通過對粒子可以走的各種路徑分別求和來計算的，比如它在屏幕上同時通過兩個狹縫的軌跡。斯坦普發現，當重力包括在計算中，路徑連接。「重力基本上是允許不同路徑之間交流的交互作用，」他說。路徑之間的相關性再次導致退相干。「沒有可調參數，」他說。「沒有迴旋的餘地。這些預測是絕對肯定的。」 在會議和研討會上，理論家和實驗主義者正在密切合作，以協調各種各樣的建議和測試計劃。他們說這是一個相互激勵的情況。 米爾本說:「在量子力學和引力的最後決戰中，我們對時空的理解將徹底改變。」「我們希望這些實驗能起到帶頭作用。」