引力假說可能成為量子物理學的最大悖論之一,重力才是量子塌縮的...

2020-11-22 EDN電子設計技術

引力曾經一直是量子理論界認為導致量子塌縮的原因，然後這一假說遭到了質疑，最近有科學加提出，引力假說可能是量子物理學的最大悖論之一，重力才可能是導致量子塌縮的原因。rTpednc

量子理論認為，一個粒子可以同時出現在兩個地方——但我們只能在這裡或那裡觀察到它，因為觀察會導致塌縮，粒子會隨機出現在兩個位置中的一個。但問題是是什麼導致了量子態塌縮？物理學家對此有爭論，他們提出的一種解釋是引力假說。rTpednc

但根據義大利 Gran Sasso 國家實驗室的一項研究，引力不太可能是量子塌縮的原因。rTpednc

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引力假說來自 1960 年代的 Károlyházy Frigyes 和 1980 年代 Lajos Diósi。其基本思想認為引力場會抗拒粒子的疊加態，當一個粒子既處於這裡又處於那裡，其引力場也會嘗試同時在兩地，但這個場不能長時間忍受這一張力，它塌縮了，而粒子也隨之而去。rTpednc

牛津的著名數學家彭羅斯（Roger Penrose）支持這一假說，認為它消除了所謂測量導致塌縮的人類中心論，他說塌縮發生在物理學中，而不是因為有人來看它。rTpednc

對於最新的實驗，彭羅斯表示他在疫情期間設計了一個改進模型，而實驗並沒有真正測試他的版本。       rTpednc

引力 or 重力 導致坍塌

引力假說是量子理論中最奇怪的原則之一：一個粒子可以同時存在於兩個位置，但是我們只能在這裡或那裡看到它。rTpednc

教科書指出，觀察粒子的行為使粒子「塌陷」，以致粒子僅在其兩個位置之一隨機出現。但是物理學家們爭論著為什麼會發生這種情況，如果確實如此。現在，最可能的量子坍塌機制之一是重力。rTpednc

重力假說的起源可以追溯到1960年代的匈牙利物理學家KárolyházyFrigyes和1980年代的LajosDiósi。基本思想是，任何物體的引力場都在量子理論之外。它不會被放置在不同狀態的尷尬組合或「疊加」中。rTpednc

因此，如果使一個粒子同時出現在該處和該處，則其引力場會嘗試做同樣的事情，但是該場不能長時間承受拉力。它崩潰並帶走了粒子rTpednc

。牛津大學著名的數學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）在1980年代後期提出了這一假設，因為他說，它消除了以人類為中心的觀念，即測量本身會以某種方式導致崩潰。 「它發生在物理學中，並不是因為有人來看著它。rTpednc

Diósi指出，該假想似乎仍然無法用任何現實的技術來探究。Diósi現在在威格納研究中心任職，是新論文的合著者。 「 30年來，我一直在我的國家受到批評，因為我猜測某些東西是完全無法測試的。」現在有新方法使之可行。在這項新研究中，迪奧西和其他科學家尋找了多種方法之一，無論是通過重力還是其他機制，量子坍塌都會顯示出來：坍塌的粒子會隨機轉向，從而加熱其所屬的系統。rTpednc

法蘭克福高等研究院的合著者桑德羅·多納迪（Sandro Donadi）說：「就好像您對粒子產生了反響。」如果粒子帶電，它將在轉向時發出輻射光子。並且受到相同引力傾角作用的多個粒子會一致地發射。羅馬國家核物理研究所的合著者CătălinaCurceanu說：「您會產生更大的影響。」rTpednc

為了檢驗這個想法，研究人員用咖啡杯大小的鍺晶體建造了一個探測器。他們從鍺原子核中的質子中尋找過量的X射線和伽馬射線發射，這會在材料中產生電脈衝。科學家選擇頻譜的這一部分以最大程度地放大。rTpednc

然後，他們將晶體包裹在鉛中，並將其置於義大利中部的格蘭薩索國家實驗室地下1.4公裡處，以使其免受其他輻射源的影響。rTpednc

他們在《自然物理學》上報告說，在2014年和2015年的2個月中，他們看到了576個光子，接近自然產生的放射性預期的506個。rTpednc

相比之下，彭羅斯的模型預測了70,000個這樣的光子。 Curceanu說：「您應該在鍺實驗中看到一些坍塌效應，但我們沒有。」這表明，引力實際上並沒有使粒子脫離其量子疊加。 （儘管沒有排除，實驗也限制了不涉及重力的坍塌機制。）為證實這一結果，物理學家需要直接設計這些疊加，而不是依賴於隨機的自然事件，rTpednc

University of Ivette Fuentes說。南安普敦市：「原則上，您應該能夠疊加大塊粒子。因此，我們開始吧。」她說她的團隊正在努力在正好高於絕對零的溫度下製造出1億個鈉原子云。rTpednc

儘管彭羅斯（Penrose）讚揚了這項新工作，但他認為實際上不可能測試他的模型版本。他說，他從未對粒子束感到滿意，因為它們可能會導致宇宙獲得或失去能量，從而違反了物理學的基本原理。rTpednc

他花費了大流行時間來建立新的改進模型。他說：「它不會產生熱量或輻射。」在這種情況下，重力可能會導致坍塌，但會掩蓋其軌跡。理論物理學家Maaneli說，鍺質子與電子之間的相互作用等其他因素也可能掩蓋信號。新不倫瑞克省羅格斯大學的Derakhshani先生說，總而言之，如果重力確實導致坍塌，那麼這個過程必須比Penrose最初提出的更為複雜。「一個人可以合理地認為…榨汁不值得榨汁。」rTpednc

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

Challey編譯rTpednc

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