1 3 月, 2024

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重力是一个量吗? 探索宇宙深处的新体验

重力是一个量吗? 探索宇宙深处的新体验

来自几所大学的科学家正在合作开展一项名为 MAST-QG 的实验,以确定引力是否具有量子特性。 该实验涉及使微小钻石悬浮在量子叠加态,旨在统一广义相对论和量子力学。 尽管这项研究很复杂,但它可以从根本上改变我们对重力的理解,并对物理学产生广泛的影响。 图片来源:SciTechDaily.com

  • 科学家正在开发一项实验来测试引力是否是量子的
  • 在描述原子和分子行为的量子力学中,事物的行为与我们所知的一切都不同:它们可以处于量子叠加状态,从而同时处于两个位置。
  • 现在,科学家们正在寻找一种方法,通过将微小的钻石悬浮到真空中来确定重力是否以这种方式起作用。
  • 如果引力是量子的,钻石就会“纠缠”——这是一种有趣的现象,它以日常生活中不可能的方式将两个物体紧密地连接在一起
  • 这项研究将有助于了解黑洞 大爆炸还有宇宙

量子引力实验

科学家们正在开发一项实验来测试引力是否是量子的,这是关于我们宇宙的最深刻的问题之一。

广义相对论和量子力学是我们对自然的两个基本描述。 广义相对论解释了大尺度的引力,而量子力学解释了原子和分子的行为。

统一理论的挑战

可以说,基础物理学中最重要的未解决问题是将这两种理论结合起来的正确方法——确定引力是否在量子水平上起作用。 虽然理论工作提出了许多可能性,但仍需要实验来充分理解重力的行为。

激光束探测金刚石的量子特性

加文·莫利 (Gavin Morley) 实验室中的激光束探索了钻石的量子特性。 图片来源:加文·莫利

全球联盟的革命性经验

一百年来,关于引力量子性质的实验似乎很牵强,但现在来自华威大学、伦敦大学学院、耶鲁大学(美国)、西北大学(美国)和格罗宁根大学(荷兰)的科学家们将共同努力,调查这个谜题。 。

他们的新想法是将两颗微小的钻石提升到真空中,并将它们放置在同时位于两个地方的量子叠加态中。 这种违反直觉的行为是量子力学的一个基本特征。

莫利教授对实验的设想

每颗钻石都可以被认为是薛定谔猫的缩小版。 首席研究员 Gavin Morley 教授,物理系, 华威大学他解释说:“薛定谔的猫是一个思想实验,它表明对于日常物体(和宠物!)来说,同时处于两个地方而处于量子叠加状态是非常奇怪的。我们想测试这种极限。主意。”

“我们已经成功地将原子和分子置于这种叠加状态,但我们想用更大的物体来做到这一点。我们的钻石由十亿或更多的原子组成。为了测试重力的量子性质,我们必须寻找相互作用由于重力作用,位于两颗钻石之间。”

“如果引力是量子的,它就能纠缠两颗钻石。纠缠是一种独特的量子效应,其中两个物体的联系比我们日常生活中的联系更紧密。例如,如果两枚硬币可以纠缠在一起,你可能会发现当你翻转它们时,它们会以同样的方式落下,即使不可能知道它们是正面还是反面。

挑战和影响

实现这个想法仍然面临许多挑战,团队将在项目期间进行研究。 “例如,我们需要消除除重力之外的纳米颗粒之间的所有相互作用,这是非常困难的,因为重力太弱,”来自 耶鲁大学

莫利教授是沃里克量子(Warwick Quantum)的创始主任,这是一项新的多学科量子技术研究计划,他补充道:“对我来说,目前物理学中最重要的问题是开发一个可以测试重力量子性质的实验。 这个新项目加速了我们迈向这一目标的激动人心的旅程。

合作学者的观点

伦敦大学学院的 Sugato Bose 教授评论道:“对于物理学家来说,进行能够发现结合量子力学和广义相对论的正确方法的实验是多么重要。研究量子引力理论的人们,例如弦理论,通常关注高能、黑洞附近和大爆炸时发生的情况。

“相比之下,我们的工作是在地球上的低能量状态下完成的,但它也将提供有关……的宝贵信息。 无论 引力是量子的。 该实验也可以被认为是对任何低能量子引力理论的一般预测的验证。

格罗宁根大学的 Anupam Mazumdar 教授补充道:“在理解引力的量子本质的过程中,我们也许能够测试基础物理学的其他方面,例如短距离内与牛顿引力的奇异偏差。”

物理学副教授安德鲁·杰拉奇(Andrew Geraci)表示:“这是一项具有挑战性的实验,该项目在解决一些关键技术挑战方面具有开创性,使重力量子方面的测试成为现实。” 西北大学

该项目被称为“MAST-QG:观察引力量子本质的宏观叠加”。

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