太難了!物理學家一直試圖調和量子力學與廣義相對論

2021-01-15 博科園

本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文

幾十年來，物理學家一直試圖調和量子力學，即非常微觀的世界與廣義相對論引力理論的非常宏觀世界。雖然許多學者正在研究量子引力，但他們經常使用的模型沒有考慮到宇宙的某些方面，比如宇宙正加速膨脹。衝繩科技研究所研究生院(OIST)的一個團隊報告了一種新的量子引力方法，使用的模型更接近現實。在《物理評論D》中，該團隊報告了他們在無質量場的散射矩陣(S-matrix)上的進展。S矩陣是一個表達式，它預測當無限遠距離的粒子聚集在一起。

相互作用，並進行其業務時會發生什麼，換句話說，S矩陣使用起點來預測結果。重要的是，這個概念可以應用到德西特空間，一個正在加速膨脹的宇宙-就像我們自己的宇宙一樣。在研究中，研究小組計算了de Sitter空間中的S矩陣，用於最簡單的場景，涉及自由、非相互作用的粒子，這個表達式稱為自由S-矩陣。該研究的作者之一Adrian David說：S矩陣不僅僅是優雅的數學，它有可能解釋更現實的場景，現在將開始考慮這樣的場景，超越單個領域，探索當這些領域相互作用時會發生什麼。

A「你好，世界！」是一個電腦程式，它將這個簡單的消息顯示為輸出。這是軟體開發人員用來確認底層程式語言是否正常工作的測試。開發人員通常在具有有用輸出的更複雜設置中使用該語言之前執行此健全性檢查。S-矩陣就像是「你好，世界！」程序用來在一個簡單的上下文中進行數學運算。就像計算機編程中的理智測試一樣，輸出『Hello，World！』消息沒有創建它所用的底層語言有趣。「同樣，自由S-矩陣本身的趣味性較低，但更多的是在它可能讓我們回答的問題中。

所處宇宙正在以加速的速度膨脹，這是一個德西特空間，現在看來這些條件是永久的，量子引力集團的負責人Yasha Neiman教授說，這些信息必須作為描述現實的基石。目前，團隊將致力於問題的下一步：將S矩陣應用到更複雜的場景中，以反映現實。然後可能會獲得更好地理解，這是簡單而華麗的數學，還是不僅僅是一張漂亮的臉？

博科園｜研究/來自：衝繩科學技術大學院大學參考期刊《物理評論D》DOI: 10.1103/PhysRevD.100.045005博科園｜科學、科技、科研、科普關注【博科園】看更多大美宇宙科學哦

相關焦點

  • 物理學家一直試圖調和量子力學與廣義相對論，但是太難了！
    幾十年來，物理學家一直試圖調和量子力學，即非常微觀的世界與廣義相對論引力理論的非常宏觀世界。雖然許多學者正在研究量子引力，但他們經常使用的模型沒有考慮到宇宙的某些方面，比如宇宙正加速膨脹。衝繩科技研究所研究生院(OIST)的一個團隊報告了一種新的量子引力方法，使用的模型更接近現實。在《物理評論D》中，該團隊報告了他們在無質量場的散射矩陣(S-matrix)上的進展。
  • 物理學家一直試圖調和量子力學與廣義相對論，但為什麼就這麼難？
    看更多大美宇宙科學博科園幾十年來，物理學家一直試圖調和量子力學，即非常微觀的世界與廣義相對論引力理論的非常宏觀世界。
  • 量子力學與廣義相對論
    量子力學和廣義相對論是目前人類描述微觀世界和宏觀世界的兩套比較精確的理論。然而這兩套理論卻是各自為政的，量子力學掌管著微觀尺度，而廣義相對論則掌管著宏觀尺度。然而問題來了，微觀跟宏觀的界限在哪裡呢？也就是說多小的尺度才是微觀？
  • 物理學家一直試圖打破引力定律，為什麼，進展如何？
    這一結果反過來又對任何試圖調和描述大質量天體行為的廣義相對論和預測極小天體行為的量子力學的理論提出了更嚴格的限制。廣義相對論的偉大成就是描述了萬有引力如何在宇宙中運行：它如何將物體相互吸引；它如何扭曲時空；以及它如何形成黑洞。
  • 量子力學與廣義相對論以及弦理論
    現代物理學有兩大基石，量子力學與廣義相對論，那麼在這其中，量子力學是用來解釋微觀世界的理論。量子力學的法則支配著微觀世界的原子和基本粒子的行為，想知道電子光子等基本粒子如何運動，以及它們與什麼樣的力發生相互作用的話，就必須要用到量子力學。
  • 量子力學和廣義相對論的時空背景有何不同?
    量子力學和廣義相對論是現代物理學的兩根支柱，但是大家應該也聽說過了，這兩個基礎理論是水火不相容的！廣義相對論廣義相對論，沿用了愛因斯坦大學時的數學老師閔可夫斯基(Hermann Minkowski)將空間、時間統一為四維流形的方法。同樣，空間、時間是作為一種獨立的背景框架加入到理論中的。
  • 量子力學和廣義相對論相互矛盾,它們能調和統一嗎?
    但是，當我們開始思考大問題時（今天要回答的量子力學和廣義相對論能否調和），我們的自信直線下降。量子力學與行星無關嗎？廣義相對論是能量等於質量乘以光速平方倍（E=mc^2）的相對論嗎？運動是相對的還是永恆的？時間是什麼？不要害怕，雖然這個問題很難回答，但是這個問題本身就像解密流行歌手的歌詞一樣簡單。
  • 中國「墨子號」衛星太空實驗嘗試結合量子力學與廣義相對論
    中國「墨子號」衛星太空實驗嘗試結合量子力學與廣義相對論 2019-這也是國際上首次利用量子衛星，在地球引力場中對嘗試結合量子力學與廣義相對論理論進行實驗檢驗。北京時間9月20日，國際權威學術期刊《科學》發表了該成果。　　量子力學和廣義相對論是現代物理學的兩大支柱。近百年來，國際科學界試圖融合量子力學和廣義相對論的工作遇到極大困難。
  • 量子力學和相對論在不同的領域佔據主導地位,它們之間有什麼聯繫
    但是根據廣義相對論，重力扭曲了球周圍的空間和時間。這個理論不能容忍空間和時間以兩種不同的方式扭曲，這會破壞疊加的穩定性，迫使球採用一種狀態或另一種狀態。知道球發生了什麼可以幫助物理學家解決量子力學和廣義相對論之間的衝突。
  • 現代物理學的困境——量子力學和相對論之間的矛盾
    簡單地說，引力是一種影響和改變物體運動的力。至少的愛因斯坦出現之前是這樣的。愛因斯坦通過他的廣義相對論，詳細闡述了引力的數學公式，這個力被理解為時空「不可避免的扭曲」。但是，這種扭曲是如何發生的呢？無論什麼時候，任何東西都試圖以直線穿過宇宙，這個物體都會沿著一個軌跡運動，這個「軌跡」會被附近任何形式的質量和能量所彎曲。因此，我們所認為的引力就是宇宙結構的曲率。看起來是這樣，但是一旦我們把這個理論應用到另一個物理領域中非常重要的理論——量子力學時，問題就出現了。
  • 現代物理學的困境——量子力學和相對論之間的矛盾
    簡單地說，引力是一種影響和改變物體運動的力。至少的愛因斯坦出現之前是這樣的。愛因斯坦通過他的廣義相對論，詳細闡述了引力的數學公式，這個力被理解為時空「不可避免的扭曲」。但是，這種扭曲是如何發生的呢？無論什麼時候，任何東西都試圖以直線穿過宇宙，這個物體都會沿著一個軌跡運動，這個「軌跡」會被附近任何形式的質量和能量所彎曲。
  • 這個新方程可以統一廣義相對論與量子力學
    R（Rosen）和P（Podolsky）則是另外兩位物理學家的首寫字母，他們與愛因斯坦在1935年共同發表了兩篇非常有意思的論文。這個公式迷人之處在於，它連接了愛因斯坦的廣義相對論和量子力學。我們知道，量子力學和廣義相對論在各自領域出色的描述著我們生活的世界，它們也預言過許多聽起來有違常識的概念。
  • 量子力學遇上廣義相對論 「墨子號」求解世紀謎題
    新華社發當量子力學遇上廣義相對論，會擦出怎樣的火花？近日，多國科研人員合作利用我國「墨子號」量子科學實驗衛星，對一類預言引力場導致量子退相干的理論模型開展了實驗檢驗。這是國際上首次利用量子衛星在地球引力場中對嘗試結合量子力學與廣義相對論的理論開展實驗檢驗，將極大推動相關物理學基礎理論和實驗研究。
  • 為什麼量子力學和相對論有矛盾?超弦理論或將統一物理學
    這種情況直到20世紀才被打破，牛頓力學遲遲解決不了黑體輻射和光速不變這兩朵物理學天空中的烏雲，這兩大問題的解決也分別催生了量子力學和相對論。相對論和量子力學都可以說是人類智慧的結晶，它們都經過了最嚴格的實驗驗證，都是當前最成功的理論。
  • 在JT引力中成功實現:統一量子力學和廣義相對論!
    科學家們一直試圖想出一個方程式來統一宇宙微觀和宏觀的定律：即統一量子力學和廣義相對論！現在我們又向前邁進了一步，新研究證明了這種統一在JT引力中能成功實現。在一維域的簡化玩具模型中，揭示了全息原理，即信息是如何存儲在另一個維度的邊界上。宇宙是如何開始的？研究最小事物的量子力學與廣義相對論研究的宏觀宇宙有什麼關係？
  • 物理學家的瘋狂想法：整個宇宙可能只是個神經網絡
    我們不是每天都會遇到試圖重新定義現實的論文。但在今年夏天，明尼蘇達州德盧斯大學的一位物理學教授維塔利·萬奇林試圖以一種特別令人大開眼界的方式來重構現實，他表示我們生活在一個巨大的神經網絡中，它支配著我們周圍的一切。多年來，物理學家一直試圖調和量子力學和廣義相對論。
  • 在JT引力中成功實現：統一量子力學和廣義相對論！
    文章來自：博科園官網科學家們一直試圖想出一個方程式來統一宇宙微觀和宏觀的定律：即統一量子力學和廣義相對論！現在我們又向前邁進了一步，新研究證明了這種統一在JT引力中能成功實現。在一維域的簡化玩具模型中，揭示了全息原理，即信息是如何存儲在另一個維度的邊界上。宇宙是如何開始的？
  • 如果牛頓還活著,他能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    牛頓是有史以來數一數二的最偉大物理學家，也是有史以來的三大數學家之一。如果牛頓能夠穿越到今天，以他的興趣愛好及性格特點，他也許仍然會選擇做一名物理學家，不過他在莘莘物理學家中很可能不再出人頭地。最偉大並不意味著他是萬能的，牛頓也有沒有成功解決的問題。
  • 再一次驗證廣義相對論正確性,天體物理學家觀測到恆星拖曳時空
    天體物理學家說，該事件再一次驗證廣義相對論是正確行。圖註：該插圖是位於澳大利亞的帕克電波望遠鏡(Parkes radio telescope)觀測到的脈衝星白矮星雙星系統。物理學家們花了大量時間試圖反駁愛因斯坦廣義相對論中的觀點，但每一次新的嘗試都在不斷地證明理論的正確性。這一最新發現，即「參考系拖拽」的證據，再次證明愛因斯坦是對的。
  • 量子力學和相對論之間究竟存在著什麼樣的關係？
    首先來說，愛因斯坦的相對論分為兩個部分：狹義相對論、廣義相對論，狹義相對論主要解釋了牛頓經典力學在宏觀高速世界無法解釋的一些現象（針對於慣性系），而廣義相對論是狹義相對論的推展（非慣性系），主要解釋了時空及引力只是時空扭曲的表現，也正是因為廣義相對論中愛因斯坦關於時空、引力的解釋，與量子力學的時空觀截然不同。