物理学家尝试用量子粒子构建独立时空

科学
wanwan (42055)发表于 2021年09月10日 18时33分 星期五
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用直接测试的方法验证量子引力理论基本没可能。为了在超微小普朗克尺度上探测出量子引力效应,我们需要一个与银河系等大的粒子加速器。同样黑洞中也存在受量子引力支配的奇点,但我们显然无法靠黑洞太近——而且即使可以,我们也永远看不到里面究竟有些什么。量子引力在宇宙大爆炸的最初时刻也在发挥作用,但来自那个时代的直接信号早已不复存在,我们只能破译数十万年后偶尔出现的微弱线索。但在帕洛阿尔托郊外的一处小实验室中,斯坦福大学教授 Monika Schleier-Smith 和她的团队正尝试使用一种不同于以往的方法来测试量子引力——不需要黑洞,也不借助星系大小的粒子加速器。十多年来,物理学家们一直认为引力、甚至是时空本身,都很可能来自一种奇怪的量子效应,即纠缠效应。Schleier-Smith 和她的合作者正尝试对这个过程进行逆向工程,通过在桌面实验中设计出高度纠缠的量子系统,他们希望构建起外观与活动都类似于爱因斯坦在广义相对论中预测出的时空扭曲场。

在 6 月发表的一篇论文中,该团队公布了这条探索道路上的第一项具体实验:一套光阱原子系统,按顺序连接并使用磁场实现精确控制。在以正确方式完成调整之后,这套系统中的长距离相关性就会呈现出一种树状几何形状,类似于自然时空简化模型中的几何形状。Schleier-Smith 和她的同事希望通过此次实验创造出更复杂的类似几何结构,包括黑洞的几何结构。考虑到粒子物理学或者宇宙学长期没有、甚至可能永远不再有新的参考数据出现,他们的体系也许会成为量子引力研究领域最具希望的探索方向。