新理论将爱因斯坦引力与量子力学结合起来 原址: https://reurl.cc/m0EEmA 根据伦敦大学学院(University College London)2023年12月4日提供的消息，伦敦大学学 院的物理学家今天同时发表的两篇论文宣布了一种激进的理论，该理论始终将引力和量子 力学统一 起来，同时保留了爱因斯坦的经典时空概念。 现代物理学建立在两大支柱之上：一方面是量子理论，它控制着宇宙中最小的粒子；另一 方面是爱因斯坦的广义相对论，它透过时空的弯曲来解释重力。 但这两种理论相互矛盾 ，一个多世纪以来一直难以达成和解。 普遍的假设是爱因斯坦的引力理论必须被修改或 “量子化”，以适应量子理论。 这是量子重力理论的两个主要候选者的方法：弦理论（ string theory）和圈量子重力（loop quantum gravity）。 但由伦敦大学学院物理与天文学（UCL Physics & Astronomy）乔纳森·奥本海姆教授（ Professor Jonathan Oppenheim）提出并在《物理评论X》（Physical Review X简称PRX ）的一篇新论文中提出的新 理论挑战了这个共识，并采取了另一种方法，表明时空可能 是经典的——也就是说，根本不受量子理论的支配。 详见Jonathan Oppenheim. A postquantum theory of classical gravity? Physical Review X, Accepted 5 October 2023. https://journals.aps.org/prx/accepted/d6078Ke1S941110a26ad9584bc567 其实，乔纳森‧奥本海姆教授的此研究结果早在2018年11月7日已经在预印本文库(arXiv) 网站公开[v1] Wed, 7 Nov 2018 19:10:10 UTC (197 KB)； 并在2021年6月25日和2023年 11月27日进行过两次修改[v2] Fri, 25 Jun 2021 19:06:18 UTC (207 KB)；[v3] Mon, 27 Nov 2023 17:24 :09 UTC (252 KB). https://arxiv.org/abs/1811.03116 该理论——被称为「经典引力的後量子理论（postquantum theory of classical gravity）」——不是修改时空，而是修改量子理论，并预测由时空本身介导的可预测性 的内在崩溃。 这会导致时空发生随机剧烈的波动，其幅度比量子理论所设想的要大，如 果测量足够精确，物体的表观重量将变得不可预测。 由乔纳森·奥本海姆教授以前的博士生领导的第二篇论文2023年12月4日在《自然通讯》 （Nature Communications）杂志网站发表——Jonathan Oppenheim, Carlo Sparaciari, Barbara Soda, Zachary Weller- Davies. Gravitationally induced decoherence vs space-time diffusion: testing the quantum nature of gravity. Nature Communications, 2023, 14: 7910. DOI: 10.1038/s41467-023-43348-20. .nature.com/articles/s41467-023-43348-2 此文研究了该理论的一些後果，并提出了一个实验来测试它：非常精确地测量质量，看看 它的重量是否随着时间的推移而波动。 例如，法国国际计量局（International Bureau of Weights and Measures in France）通常称量1 kg的质量，这曾经是1 kg的标准。 如 果这1 kg质量的测量波动小於数学一致性所需的值，则可以排除理论。 实验的结果，或其他证实时空的量子性质与经典性质的证据，是乔纳森·奥本海姆教授与 卡洛·罗维利教授（Professor Carlo Rovelli）和杰夫·佩宁顿博士（Dr Geoff Penington）之 间以5000:1 的赔率打赌的主题，後者他们分别是量子环引力理论 （quantum loop gravity）和弦理论（string theory）的主要支持者。 在过去的五年里，伦敦大学学院的研究小组一直在对该理论进行压力测试，并探索其後果 。 乔纳森‧奥本海姆教授说：「量子理论和爱因斯坦的广义相对论在数学上是互不相容的， 因此了解如何解决这个矛盾很重要。时空应该被量子化，还是我们应该修改量子 理论， 或者完全是另外一回事？现在我们有了一个一致的基本理论，其中时空不会被量子化， 这是任何人的猜测。” 合着者扎克·韦勒-戴维斯（Zach Weller-Davies）是伦敦大学学院的博士生，他帮助制 定了这项实验提案，并为该理论本身做出了关键贡献，他说： 「这项发现挑战了我们对 重力基本性质的理解，但也提供了探索其潜在量子性质的途径。我们已经证明，如果时空 不具有量子性质，那麽时空曲率必然存在随机波动，这种波动具有可以 透过实验验证的 特定特徵。 在量子引力和经典引力中，时空必须在我们周围经历剧烈和随机的波动，但其规模我们尚 未能够检测到。 但如果时空是经典的，波动必须大於一定的尺度，这个尺度可以用另一 个实验来确定，在这个实验中，我们测试一个重原子在两个不同位置叠加的时间。 」 共同作者卡洛·斯帕拉西亚里博士（Dr Carlo Sparaciari）和芭芭拉·索达博士（Dr Barbara Soda）的分析和数值计算帮助指导了该项目，他们表示希望这些实验能够确定追 求量子引力理论是否为正确的方法。 芭芭拉·索达博士原来是英国伦敦大学学院物理与天文学系（UCL Physics & Astronomy ）博士，现在加拿大周界理论物理研究所（Perimeter Institute of Theoretical Physics, Canada）。 芭芭拉·索达说：「由於重力是透过空间和时间的弯曲而显现出来 的，所以我们可以从时间流动的速度是量子性质还是经典性质的角度来考虑这个问题。测 试这一点几乎就像 测试质量的重量是否恒定或以特定方式波动一样简单。” 伦敦大学学院物理与天文学系的卡洛·斯帕拉西亚里博士说：「虽然实验概念很简单，但 物体的称重需要极其精确地进行。但令人兴奋的是，从非常一般的假设开始 ，我们可以 证明两个可测量量之间的明确关系-时空波动的规模，以及原子或苹果等物体可以在两个 不同位置的量子叠加中放置多长时间。然後我们可以通过实验确定这两个 量。” 扎克·韦勒-戴维斯补充说：「如果原子等量子粒子能够弯曲经典时空，就必须存在微妙 的相互作用。在原子的波动特性和需要多大的时空随机波动之间，必须有一个基本 的权 衡。” 透过寻找质量的随机波动来测试时空是否经典的提议，与另一个旨在通过寻找所谓的“引 力介导的纠缠（gravitationally mediated entanglement）”来验证时空的量子性质的 实验提议是互补的。 英国伦敦大学学院物理与天文学系的苏加托·玻色教授（Professor Sougato Bose）并 未参与2023年12月4日的宣布，但他是最早提出纠缠实验的人之一，他说：「测试 时空本 质的实验将需要大规模的努力，但它们从理解自然基本规律的角度来看，这是非常重要的 。我相信这些实验是可以实现的——这些事情很难预测，但也许我们会在 未来20年内知 道答案。” 後量子理论（postquantum theory）的影响超越了引力。 量子理论中臭名昭着且有问题 的「测量假设」（"measurement postulate"）是不需要的，因为量子叠加必然透过它们 与经典时空的相互作用来定位。 这个理论的动机是乔纳森·奥本海姆教授试图解决黑洞资讯问题（black hole information problem）。 根据标准量子理论，进入黑洞的物体应该以某种方式辐射出去 ，因为资讯不会被破坏，但这违反了广义相对论，广义相对论说你永远无法知道穿过黑洞 事件视界的物体。 由於可预测性的根本崩溃，新理论允许资讯被破坏。 --

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