相對論是量子異質論的根源嗎?

2020-12-15 小沙丘的故事

正如華沙和牛津大學的物理學家所建議的那樣,概率論的演化和量子力學的「不可能」現象可能起源於狹義相對論。

自成立以來,量子力學就一直沒有停止讓我們驚奇,因為它的獨特性令人難以理解。為什麼一個粒子似乎同時穿過兩個狹縫?為什麼我們只能談論概率的演變,而不是具體的預測?根據華沙和牛津大學的理論家的說法,量子世界最重要的特徵可能來自於相對論的特殊理論,而相對論至今仍與量子力學無關。

自從量子力學和相對論問世以來,物理學家就因為這三個概念的不兼容而失眠了(三個,因為有兩種相對論:特殊的和廣義的)。人們普遍認為,對量子力學的描述更為基礎,而相對論則必須對其進行調整。華沙大學(FUW)物理系的安德烈·德拉甘博士(Andrzej Dragan)和牛津大學(UO)的阿圖爾·埃克特教授(Artur Ekert)剛剛提出了得出不同結論的推理。在《新物理學》雜誌上發表的「相對論的量子原理」一文中,他們證明了量子力學確定其唯一性和非直覺異域性的特徵(更重要的是,基於信念(作為公理))可以在相對論的特殊理論框架內進行解釋。只需決定某個相當不合常規的步驟即可。

愛因斯坦(Albert Einstein)將狹義相對論基於兩個假設。第一個被稱為相對論的伽利略原理(請注意,這是哥白尼原理的特例)。這說明物理在每個慣性系統中都是相同的(即,處於靜止或直線運動的系統)。第二個假設是根據著名的麥可遜-莫雷(Michelson-Morley)實驗的結果制定的,它要求每個參考系統中的光速必須恆定。

「愛因斯坦認為第二個假設是至關重要的。實際上,至關重要的是相對性原理。弗拉基米爾·伊格納託夫斯基早在1910年就表明,只有根據這一原理,才有可能重構相對論這一特殊理論的所有相對論現象。直接由相對論原理轉向相對論的引人注目的簡單推理,也是我們學院的Andrzej Szymacha教授在1992年提出的,」 Dragan博士說。

相對論的特殊理論是一種相干結構,它允許三種數學上正確的解決方案類型:一個以子腔速移動的粒子世界,一個以光速移動的粒子世界和以超光速移動的粒子世界。第三種選擇總是被拒絕,因為它與現實無關。

「我們提出了一個問題:如果(暫時不考慮解決方案的物理性或非物理性)我們認真地不把狹義相對論作為一部分,而是將其全部與超光速系統一起,會發生什麼?我們期待因果悖論。同時,我們恰好看到了構成量子力學最深層核心的那些效應,」德拉甘博士和埃克特教授說。

最初,兩位理論家都考慮了一種簡化的情況:時空具有所有三個解系列,但只包含一個空間和一個時間維度(1 + 1)。一種溶液中的靜止粒子似乎在另一種溶液中超光速運動,這意味著超發光度本身是相對的。

在以這種方式構造的時空連續體中,不確定事件自然發生。如果在一個系統中,在點A處朝著點B發射了甚至完全可預測的超腔粒子,而在點B中根本沒有有關發射原因的信息,則從第二個系統中的觀察者的角度出發事件從B點運行到A點,因此它們從完全不可預測的事件開始。事實證明,在腔內微粒發射的情況下也出現類似的效果。

兩位理論家還表明,在考慮了超腔解之後,粒子在多個軌跡上的運動會自然而然地出現,並且對事件過程的描述要求引入總的概率振幅之和,以表明存在疊加就狀態而言,到目前為止,這種現象僅與量子力學有關。

在具有三個空間維度和一個時間維度(3 + 1)的時空情況下,也就是說,對應於我們的物理現實,情況更加複雜。相對論的原始形式並未得到保留,亞腔和超腔系統是可以區分的。但是,研究人員注意到,當相對性原理修改為以下形式時:「以局部和確定性方式描述事件的能力不應取決於慣性參考系的選擇,」它將解決方案限制為(1 + 1)時空考慮的所有結論仍然有效。

「偶然地,我們注意到有可能對各個維度的作用進行有趣的解釋。在對觀察者來說看起來超光的系統中,某些時空維度似乎改變了它們的物理作用。只有超光的一個維度具有空間特徵。「粒子運動的一個維度。其他三個維度似乎是時間維度,」德拉甘博士說。

空間維度的一個特徵是,粒子可以在任何方向上移動或保持靜止,而在時間維度上,粒子總是在一個方向上傳播(我們稱之為日常語言老化)。因此,具有一個空間維度(1 + 3)的超發光系統的三個時間維度將因此意味著粒子不可避免地會同時老化三倍。從超腔系統(3 + 1)觀察到的粒子在超腔系統(1 + 3)的老化過程看起來就像粒子在移動似球面波一樣,從而導致著名的惠更斯原理(可以將波前本身視為新球面波和微粒波二元性的來源。

「考慮到與看起來像超光系統的系統有關的解決方案時出現的所有奇怪之處,與普遍接受並經過實驗驗證的量子理論長期以來所說的並不陌生。相反,考慮到超光系統,有可能至少從理論上講,是從相對論的特殊理論中得出量子力學的某些假設的,這些假設通常被認為不是由其他更根本的原因引起的,」德拉甘博士總結道。

近一百年來,量子力學一直在等待更深的理論來解釋其神秘現象的本質。如果FUW和UO的物理學家提出的推理經得起時間的考驗,歷史將殘酷地嘲笑所有物理學家。從量子理論的第一篇著作中就已經知道了幾十年的「未知」理論,它解釋了量子力學的獨特性。

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