量子糾纏能解釋時空、以及它與量子引力的關係嗎?

2020-12-06 科技領航人

尋找相對論和量子力學之間的橋梁被認為是物理學的聖杯之一。相對論對宏觀世界描述很好,量子力學對微觀世界描述的很好,但它們卻似乎不能很好的融合。但是,在這兩個層面上都運行良好的一個現象是引力,因此,正是在這裡,科學專注於試圖將這兩種理論聯繫起來。但是量子力學的其他領域可能指向不同的成功之路。新的研究發現表明,量子與相對論的聯繫正在導致令人驚訝的結論,這些結論可能會動搖我們對現實核心的理解。

量子位

一些研究表明,量子位,攜帶量子信息的微小粒子,可能由於粒子之間的詭異行為而糾纏在一起,從而產生時空。這些信息仍然不確定,但大多數只是由於量子位之間的相互作用而導致時空存在。該理論來自2006年由Shinsei Ryu(伊利諾伊大學厄巴納尚佩恩分校)和Tadashi Takayunagi(京都大學)發表的論文,科學家們指出,時空的幾何學和科學家在宏觀層面上的糾纏路徑之間存在相似之處。也許,這也許不僅僅是巧合。

黑洞

胡安·馬爾達西那和李奧納特·蘇士侃,兩個黑洞領域的巨人,決定在2013年在此基礎上再接再厲,將工作擴展到黑洞。從以前的發現中可以知道,如果2個黑洞被糾纏,它們之間就會形成一個蟲洞。現在,我們可以用量子力學傳統上的"經典"方式來描述這種糾纏:只有一個特徵被糾纏。一旦您知道其中一對的狀態,另一對將基於剩餘的量子狀態進入相應的狀態。這在愛因斯坦所說的"詭異行為"中發生得相當快。胡安和李奧納特表明,通過糾纏,量子屬性可能導致宏結果。

量子引力

這一切有望成為量子引力,這是許多科學家的聖杯。但是,在搜尋它方面,還有許多基礎工作要做。

圖註:多維空間全息圖全息原理可能有幫助。它被用來描述一個維度空間在另一個較低維度空間上的投影,且能在低維度空間傳送同等的信息,該原理迄今為止的最佳用途之一是反德西特(anti-de Sitter)和AdS/CFT 對偶理論的對應關係,該理論顯示了黑洞表面如何傳達黑洞上黑洞的所有信息,因此二維空間包含三維信息。

你看,如果我們用糾纏態把三維信息投射到二維表面上呢?這將形成時空,並解釋引力是如何通過量子態的怪異行為而工作的,所有被投影到不同的表面!使用由Ryu開發並由VanRaamsdonk領導的技術進行的模擬器顯示,當糾纏度為零時,時空本身會伸展,直到它破裂。是的,這是一個很難接受的過程,似乎是一堆廢話,但影響是巨大的。

話雖如此,有些問題仍然存在。為什麼會這樣呢?量子信息理論,它處理量子信息是如何發送的,以及量子信息的大小,可能是AdS/CFT對偶通信的關鍵部分。通過描述量子信息是如何傳達、糾纏的,以及這與時空幾何的關係,應該可以全面解釋時空,從而解釋引力。

目前的趨勢是分析量子理論的糾錯成分,結果表明量子系統中所包含的可能信息小於兩個糾纏粒子之間的可能信息。這裡有趣的是,我們發現在減少誤差代碼中的許多數學與 AdS/CFT 對應關係相似,尤其是在檢查多個位的糾纏時。這能和黑洞玩嗎?它們的表面能發揮所有這些作用嗎?很難說,因為AdS/CFT是一個非常簡化的宇宙視圖。我們需要更多的工作來確定到底發生了什麼。

量子宇宙學

圖註:宇宙從一個無限密度和炎熱的奇點開始。宇宙學有一個很大的問題,根據羅傑·彭羅斯和史蒂芬·霍金所做的工作,相對論意味著一個奇點必須出現在宇宙的過去。但是,在這樣一個位置,場方程會分解,但之後工作正常。怎麼會這樣呢?我們需要搞清楚物理學在那裡做什麼,因為它應該在任何地方都一樣。我們需要查看非奇異指標(即時空路徑)的路徑積分,以及它們與用於黑洞的歐幾裡得度量的比較。

但我們也需要仔細研究一些先前的基本假設。那麼,科學家們想要研究哪些邊界條件呢?嗯,我們得到了"漸近歐幾裡得度量"(AEM),這些度量是緊湊的,"沒有邊界"。這些AEM非常適合散射情況,如粒子碰撞。粒子所走的路徑非常讓人聯想到雙曲線,其條目和存在是它們所走的路徑的漸近性。通過走我們AEM的無限區域可能產生的所有可能路徑的整合路徑,我們也可以找到我們未來,因為量子通量隨著我們區域的增長而變小。

事實證明,如果一個人把這些度量指標連接起來,它們可能將形成蟲洞,將不同的區域連接到時空,在一個巨大的扭曲中,可粒子之間的糾纏驅動瘋狂連接,而這些斷開的區域不會影響我們的散射計算(因為它們沒有連接到我們在碰撞之前或之後可能到達的任何無窮遠點),它們仍然可能以其他方式影響我們的有限區域。

當我們查看斷開連接的 AEM 和連接的 AEM 背後的度量時,我們發現冪級數系列分析中的前一項大於後者。因此,所有 AEM 的 PI 與斷開連接的 AEM 的 PI 大致相同,後者沒有邊界條件。

相關焦點

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    糾纏粒子對之間的超距作用,本身是不傳遞能量的,也不傳遞有效信息,至於量子糾纏更深層的機制,目前還是科學中的謎團。量子力學的正統詮釋,可以很好地描述量子糾纏的規律;科學就是這樣,可以通過數學方式,來描述物質的發展規律,至於更深層的機制,科學不一定能揭示。比如萬有引力定律,可以很好地描述弱場下的引力作用,但是卻揭示不了引力的本質;又比如我們知道不確定原理的精確公式,卻不了解不確定性原理更深層的機制。
  • 愛因斯坦相對論與量子力學的結合取決於引力
    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)。
  • 量子力學:量子糾纏到底糾纏什麼?怎麼纏?簡單解釋給你聽
    量子力學主要研究原子、分子和凝聚態物質,以及原子核和基本粒子結構、性質,是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支。它和相對論一起構成現代物理學的理論基礎。除了物理學領域,量子力學在化學等其他學科與技術中,也被廣泛應用。量子力學的創立,拉開了微觀世界的大門。不但改變了人們對物質結構的認知,還改變對各種粒子之間互相作用的認知。許多看似違反常理的事情,在量子力學下也就解釋得通了。
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    然而當科學家開始探究微觀世界的時候,卻發現了宏觀世界的舊有理論大部分不適用,於是在一大批物理學家(愛因斯坦、普朗克、薛丁格、海森堡等)共同努力下,量子力學被創立。到底什麼是量子力學呢?讓我來介紹一下。量子力學主要研究原子、分子和凝聚態物質,以及原子核和基本粒子結構、性質,是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支。它和相對論一起構成現代物理學的理論基礎。
  • 量子糾纏融入物質構成的相對時空變換方案
    空單環對外空象密度會以上述形式存在可以從以下三方面得到佐證:一、基於對稱性法則,等距圓環空象密度總和不變,若假設密度總和為1,則到中心距離為S圓環處空象密度應為ρ=1/(2πS).基於該關係即可得到ρS=1/2π,即可得到:
  • 量子+引力=?
    他們希望能將表面上看起來截然不同的現象統一在一起,也因此在理解和預言這個物理世界上獲得了巨大的成功。電磁力作用於帶電粒子之間;弱力支配著粒子的衰變;強力可以克服質子之間的排斥力,使原子核牢牢地束縛在一起;引力支配著天體的運行,以及宇宙的演化。
  • 量子 + 引力 = ?
    自然界中已知的四種基本力分別是電磁力、弱力、強力和引力。電磁力作用於帶電粒子之間;弱力支配著粒子的衰變;強力可以克服質子之間的排斥力,使原子核牢牢地束縛在一起;引力支配著天體的運行,以及宇宙的演化。量子場論解釋了電磁力、弱力和強力,它是現代物理學的一大支柱。根據量子場論,宇宙中瀰漫著各種粒子場,比如電子場、膠子場、希格斯場等。激發特定的場就會產生相應的粒子,比如激發電磁場就會產生光子。