相對論是量子異質論的根源嗎?

2020-12-06 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。

相關焦點

  • 物理學的兩大真理:相對論與量子力學為何相互矛盾?根源在這個點
    大家好,歡迎收看量子科普第76期,我是常常,今天和大家聊一聊關於現代物理學的兩大支柱:愛因斯坦的相對論與量子理論為何不能相融的事情。愛因斯坦的相對論解釋的是宏觀世界,而量子力學是微觀量子領域的科學,按照常識來說,宏觀世界是由微觀量子世界組成的,而微觀量子世界被包含於宏觀世界,兩者應該是相輔相成、融會貫通的,但令人奇怪的,解釋宏觀世界的相對論卻無法解釋微觀量子世界,而微觀量子世界的很多現象在宏觀世界中根本就找不到類似現象,甚至連邏輯上都解釋不通,兩種理論根本無法融合,這究竟是怎麼回事呢?
  • 光速、超光速、因果悖論:量子力學的根源,或許就是相對論!
    從一開始,量子力學就一直以其難以理解的奇特之處讓人們驚嘆不已。為什麼一個粒子似乎同時通過兩個狹縫?為什麼我們只能談論概率的演變,而不是具體的預測呢?根據華沙大學和牛津大學的理論家的所說:量子世界最重要的特徵可能來自狹義相對論,而到目前為止,狹義相對論似乎與量子力學關係不大。
  • 光速、超光速、因果悖論:量子力學的根源,或許就是相對論!
    根據華沙大學和牛津大學的理論家的所說:量子世界最重要的特徵可能來自狹義相對論,而到目前為止,狹義相對論似乎與量子力學關係不大。自從量子力學和相對論問世以來,物理學家們就因為這些概念的不相容,而不舍晝夜的思索。
  • 相對論、量子力學等理論在未來會被推翻嗎?為什麼?
    小夥伴們,相對論、量子力學是物理學的發展的前沿理論。不過,很多人有一些錯誤的理解,什麼相對論推翻了萬有引力定律啦,量子理論不存在啦,等等。其實,這是對物理學無知的論調。有些人人云亦云,跟著起鬨。我們說,科學是嚴謹的,同時科學也是發展的。
  • 量子糾纏和相對論真的是矛盾的嗎?
    愛因斯坦創立的相對論認為物體的運動速度不可能超過光速,光速是宇宙中一切運動的最高速度。但是,量子力學中的粒子糾纏現象具有超光速特點,似乎和相對論是矛盾的。科學史上最不可思議的就是量子力學理論預測的「量子糾纏」。量子糾纏是從量子力學的方程式中得出來的,然後經過試驗證實。
  • 在未來,廣義相對論和量子力學有可能統一嗎?科學家是這樣看的
    廣義相對論和量子力學不可調和我們要想真正理解黑洞、時間的起源和空間的本質,需要在某種程度上結合廣義相對論和量子力學的理論,但是,這兩個理論在本質上似乎是不可調和的。科學家們始終相信,在未來的某一天,現代物理學的兩大支柱——廣義相對論和量子力學一定會交融到一起。目前,廣義相對論和量子力學都分別取得了偉大的成就,但是它們看起來卻不可調和。
  • 量子糾纏最小的速度都超光速,是否違背相對論嗎?
    背景相對論發表已經100多年了,自始至終都牢牢佔據了物理學半壁江山,與相對論相關的研究更是斬獲了大量諾貝爾物理學獎。在愛因斯坦那個年代,無論是星系光線的偏轉,水星近日點進動,還是質能方程與原子彈都一次次證明了相對論,這是背景!
  • 量子糾纏超光速,相對論不允許超光速,兩者衝突嗎?
    1905年愛因斯坦給出了狹義相對論。按照狹義相對論,物體運動的速度不可能超過光速,因為當物體的運動速度趨近於光速時,物體的質量會趨於無窮大。推動著質量無窮大的物體以光速運動,需要無窮大的能量。宇宙中沒有這麼多的能量,故物體的運動速度不能超過光速。
  • 如果牛頓還活著,他能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    假若歷史上沒有牛頓這個人,今天的這個問題可能就會換成「如果胡克(和牛頓同時代的科學家,獨立發現了萬有引力與距離的平方成反比)還活著,他能統一廣義相對論和量子力學嗎?」假若把牛頓在今天這個時代裡,上帝不會因為他是牛頓就給他更多的機遇,牛頓和其他理論物理學家在統一廣義相對論和量子力學面前基本上處在同等的位置。
  • 相對論不允許超光速,那量子糾纏和引力波超光速了嗎?
    在愛因斯坦建立狹義相對論以後,就從狹義相對論裡得到了有質量物體無法通過有限加速達到光速的推論,另外也得出無質量物體必定以光速運動,基於這兩點就能推論出能量和信息傳遞速度也不能超過光速,可以說能量和信息傳遞不能超光速就包含了前面兩個推論,因此通常我們提到狹義相對論不能超光速時,只要理解成能量和信息傳遞不能超光速就可以了
  • 打倒相對論和量子力學的曲昭偉能讓科學步入正軌嗎?
    曲昭偉是吉林大學交通學院的教授,他成為網紅教授主要是因為他持續不斷地在網絡上吆喝潘建偉搞的量子通信是騙局,潘建偉是騙子。攻擊潘建偉是他的手段,其真正目的是想以這種方式引起關注後宣揚他的大論。在他的眼裡,相對論、量子力學統統都錯了,光也不是電磁波,真正的科學真理掌握在他手裡。
  • 超光速有可能嗎?相對論的結論很明確,量子力學呢?
    星際遙遠的距離,我們旅行速度需要比光還快,但有可能嗎?相對論很明確地告訴我們,超過光速是不可能的。這不是因為任何技術限制(好像這還不夠!),而是因為光速是時空構建方式的一個基本部分。讓我們看看原因。質量和能量想像一下,我向你挑戰一場扔石頭比賽,看誰能把石頭扔得最遠。
  • 愛因斯坦相對論與量子力學的結合取決於引力
    答道:量子力學和相對論在許多方面並不矛盾,但這並不意味著它們是能夠相互包容……首先,目前的量子理論以及量子場論從一開始就有著完全相對論性。可以說,相對論是「嵌入」量子力學的。相對論是唯一一種能夠解釋粒子的產生以及湮滅因果關係的量子學說(對於研究者而言,原因永比結果重要)。我所言的完全相對論性,也就是所謂的狹義相對論。反過來看,量子場論是可行的,但是它能夠在廣義相對論所定義的可扭曲的背景下存在。這麼一來,事情開始變得複雜起來(在一般情況下,我們必須完全接受場的概念並完全放棄粒子的概念)。
  • 黑洞中的奇點,用相對論和量子力學都無法解釋,它真的存在嗎?
    引力奇點的存在,是廣義相對論預言的一種現象。我們知道,廣義相對論其實是一種幾何學,所以奇點它是一個幾何上的一個點,所以說它沒有大小。不過原則上,它也可以是一維的線或者二維的膜。像之前說的,克爾黑洞這類,軸對稱的黑洞裡就不是點,而是環。
  • 廣義相對論量子力學可統一了?
    本文轉自中國科學網-科技日報科技日報北京1月25日電 (記者徐玢)有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學25日,中國科學院院士、中國科學院大學副校長吳嶽良在中科院理論物理所舉行的前沿科學論壇上,提出引力量子場論。該理論打破以彎曲時空幾何為基礎的廣義相對論的局限,將廣義相對論與量子力學統一起來。相關成果發表在近日出版的國際期刊《物理評論》上。此前量子場論的建立,使狹義相對論與量子力學成功統一。但廣義相對論與量子力學的統一至今仍是理論物理界的研究熱點。
  • 為什麼相對論比量子力學更容易被人接受?
    相對論和量子力學是上個世紀物理學建立起的兩座科學大廈,物理學也就此從經典物理學跨入現代物理學。相對論給人類帶來了全新的時空觀,廣義相對論將引力進行了幾何化處理。量子力學的建立使人類認識到世界是不連續的,量子世界中的反常與人類的日常生活經驗總結完全不相符。
  • 相對論和量子力學的主要矛盾是什麼?
    不過,我們要注意的是,量子力學和相對論有個截然不同的特點,量子力學描述的是微觀世界的物理學現象,而相對論則描述的是大尺度上的物理學現象(尤其是引力大,速度快),而且兩者都可以在宏觀低速下兼容的牛頓力學,同時在各自的尺度內奇準無比。
  • 弦理論真的能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    在愛因斯坦撰寫的《相對論的意義》(The Meaning of Relativity)重印版本的前言中,弦理論物理學家布賴恩格林寫道,超弦理論成功地結合了廣義相對論和量子力學。除此之外,它也有能力平等的包含電磁力、弱相互作用力和強相互作用力。
  • 引力量子場論可統一廣義相對論與量子力學
    有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學?有沒有一種理論可以統一描述引力、電磁力、弱力、強力四種基本作用力?
  • 這種猜想可能將實現相對論和量子力學的大一統!
    現代科學有兩大支柱,一種愛因斯坦創立的相對論,一種是無數量子大師創立的量子力學。在平常生活的領域中,牛頓三定律基本可以完美解決問題。但是當物體被放大到天體層面時,牛頓力學便呈現了局限性,需要相對論來補充了。