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引力假说可能成为量子物理学的最大悖论之一,重力才是量子塌缩的原因?

2020-09-09 10:35:21 Challey 阅读:
引力曾经一直是量子理论界认为导致量子塌缩的原因,然后这一假说遭到了质疑,最近有科学加提出,引力假说可能是量子物理学的最大悖论之一,重力才可能是导致量子塌缩的原因。

引力曾经一直是量子理论界认为导致量子塌缩的原因,然后这一假说遭到了质疑,最近有科学加提出,引力假说可能是量子物理学的最大悖论之一,重力才可能是导致量子塌缩的原因。SOmednc

量子理论认为,一个粒子可以同时出现在两个地方——但我们只能在这里或那里观察到它,因为观察会导致塌缩,粒子会随机出现在两个位置中的一个。但问题是是什么导致了量子态塌缩?物理学家对此有争论,他们提出的一种解释是引力假说。SOmednc

但根据意大利 Gran Sasso 国家实验室的一项研究,引力不太可能是量子塌缩的原因。SOmednc

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引力假说来自 1960 年代的 Károlyházy Frigyes 和 1980 年代 Lajos Diósi。其基本思想认为引力场会抗拒粒子的叠加态,当一个粒子既处于这里又处于那里,其引力场也会尝试同时在两地,但这个场不能长时间忍受这一张力,它塌缩了,而粒子也随之而去。SOmednc

牛津的著名数学家彭罗斯(Roger Penrose)支持这一假说,认为它消除了所谓测量导致塌缩的人类中心论,他说塌缩发生在物理学中,而不是因为有人来看它。SOmednc

对于最新的实验,彭罗斯表示他在疫情期间设计了一个改进模型,而实验并没有真正测试他的版本。       SOmednc

引力 or 重力 导致坍塌

引力假说是量子理论中最奇怪的原则之一:一个粒子可以同时存在于两个位置,但是我们只能在这里或那里看到它。SOmednc

教科书指出,观察粒子的行为使粒子“塌陷”,以致粒子仅在其两个位置之一随机出现。但是物理学家们争论着为什么会发生这种情况,如果确实如此。现在,最可能的量子坍塌机制之一是重力。SOmednc

重力假说的起源可以追溯到1960年代的匈牙利物理学家KárolyházyFrigyes和1980年代的LajosDiósi。基本思想是,任何物体的引力场都在量子理论之外。它不会被放置在不同状态的尴尬组合或“叠加”中。SOmednc

因此,如果使一个粒子同时出现在该处和该处,则其引力场会尝试做同样的事情,但是该场不能长时间承受拉力。它崩溃并带走了粒子SOmednc

。牛津大学著名的数学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)在1980年代后期提出了这一假设,因为他说,它消除了以人类为中心的观念,即测量本身会以某种方式导致崩溃。 “它发生在物理学中,并不是因为有人来看着它。SOmednc

Diósi指出,该假想似乎仍然无法用任何现实的技术来探究。Diósi现在在威格纳研究中心任职,是新论文的合著者。 “ 30年来,我一直在我的国家受到批评,因为我猜测某些东西是完全无法测试的。”现在有新方法使之可行。在这项新研究中,迪奥西和其他科学家寻找了多种方法之一,无论是通过重力还是其他机制,量子坍塌都会显示出来:坍塌的粒子会随机转向,从而加热其所属的系统。SOmednc

法兰克福高等研究院的合著者桑德罗·多纳迪(Sandro Donadi)说:“就好像您对粒子产生了反响。”如果粒子带电,它将在转向时发出辐射光子。并且受到相同引力倾角作用的多个粒子会一致地发射。罗马国家核物理研究所的合著者CătălinaCurceanu说:“您会产生更大的影响。”SOmednc

为了检验这个想法,研究人员用咖啡杯大小的锗晶体建造了一个探测器。他们从锗原子核中的质子中寻找过量的X射线和伽马射线发射,这会在材料中产生电脉冲。科学家选择频谱的这一部分以最大程度地放大。SOmednc

然后,他们将晶体包裹在铅中,并将其置于意大利中部的格兰萨索国家实验室地下1.4公里处,以使其免受其他辐射源的影响。SOmednc

他们在《自然物理学》上报告说,在2014年和2015年的2个月中,他们看到了576个光子,接近自然产生的放射性预期的506个。SOmednc

相比之下,彭罗斯的模型预测了70,000个这样的光子。 Curceanu说:“您应该在锗实验中看到一些坍塌效应,但我们没有。”这表明,引力实际上并没有使粒子脱离其量子叠加。 (尽管没有排除,实验也限制了不涉及重力的坍塌机制。)为证实这一结果,物理学家需要直接设计这些叠加,而不是依赖于随机的自然事件,SOmednc

University of Ivette Fuentes说。南安普敦市:“原则上,您应该能够叠加大块粒子。因此,我们开始吧。”她说她的团队正在努力在正好高于绝对零的温度下制造出1亿个钠原子云。SOmednc

尽管彭罗斯(Penrose)赞扬了这项新工作,但他认为实际上不可能测试他的模型版本。他说,他从未对粒子束感到满意,因为它们可能会导致宇宙获得或失去能量,从而违反了物理学的基本原理。SOmednc

他花费了大流行时间来建立新的改进模型。他说:“它不会产生热量或辐射。”在这种情况下,重力可能会导致坍塌,但会掩盖其轨迹。理论物理学家Maaneli说,锗质子与电子之间的相互作用等其他因素也可能掩盖信号。新不伦瑞克省罗格斯大学的Derakhshani先生说,总而言之,如果重力确实导致坍塌,那么这个过程必须比Penrose最初提出的更为复杂。“一个人可以合理地认为…榨汁不值得榨汁。”SOmednc

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原文:https://www.sciencemag.org/news/2020/09/one-quantum-physics-greatest-paradoxes-may-have-lost-its-leading-explanationSOmednc

Challey编译SOmednc

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