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時空并不是量子糾纏的場所!而是量子糾纏的產物!

2019-06-02  育則維善...

時空在普通人的概念中,正如牛頓經典物理描述的那樣:時間均勻的流淌,與任何外部事物都無關;絕對空間也只關于自身且不可移動。時空就如同一塊背景一樣,獨立存在于事物變化之外。

而愛因斯坦的廣義相對論卻打破了這種絕對時空觀,他認為物質質量和能量的改變能引起時空的扭曲,時間、空間和物質質量之間存在著密不可分的內在聯系。時空的幾何結構是引力存在的表現形式。廣義相對論的預言在現代物理的研究和實驗中獲得了巨大的成功。

近幾十年發展起來的量子物理理論卻從微觀的角度發現真空并不空,其中充斥著無數的負能量離散量子。但無論是哪一種理論都只是把時空作為了一個舞臺,其中各種粒子、作用力和場在盡情地表演。

然而近些年科學家通過研究卻驚奇地發現:時空并不是前提,而是結果。換言之,時空并不是一個最基本的存在。一般認為時空產生之后各種粒子進而形成,并在其中不斷演變形成我們眼中的物理世界。

但在2006年,比伊利諾伊大學的科學家發現了時空的幾何結構與量子糾纏存在著關聯。在此基礎上,2013年普林斯頓高等研究院的物理學家和斯坦福大學的物理學家在合作研究中發現,如果兩個黑洞糾纏在一起,它們就會產生蟲洞,即廣義相對論中所預言的一種時空捷徑。這項發現及進一步的數據計算令人詫異地表明,過去被認為不涉及實體聯系的量子糾纏竟然能產生時空結構。

就這樣,量子糾纏產生時空的觀點逐漸延伸開來。并且得到了理論物理界的高度重視,全世界數百位物理學家參與了名為:It from qubit(時空來自量子比特)的科研項目,每三個月碰頭一次進行討論。加拿大安大略省的圓周理論物理研究院成為項目研討的常駐地。

項目組成員斯坦福大學博士后布萊恩·斯溫格爾認為:時空和引力最終必然來自其它東西。否則,我們將很難看到要如何協調愛因斯坦的引力理論和量子力學的數學之間長期以來的不相容。而物理學作為一個整體必然是邏輯自洽的,所以肯定存在能以某種方式統一量子力學和廣義相對論的理論。

各國科學家通過大量理論推測與研究,確定了一種名為全息原理的理論來幫助他們。這個原理就是把復雜動態的量子引力三維結構二維化。就是把難以處理和計算的三維信息等價成二維平面信息。而在眾多引申等價理論中涌現出了一條可能通往前進道路的線索,那就是'共形場論對偶″。這個理論表明我們完全可以通過描述黑洞的表面行為來描述黑洞本身。換言之,黑洞內部(三維的'體″)的物理規律完美地對應于外部(二維的'邊界″)的物理規律。

無論如何,沿著這些道路進行的研究揭示了一種令人驚訝的可能性:時空本身可能由量子物理運動產生,特別是由量子糾纏這種令人困惑的現象產生。

可能大家會疑惑鬼魅般的量子糾纏是如何超越時空這條鴻溝的。其實項目組的研究進一步表明,量子糾纏并不在我們的時空中發生,或許在高維中發生。如同我們的時空是一張平面的紙,發生糾纏的兩點之間是有距離的,假如把紙對折就形成了高維時空,那兩個點就正好合并變成一個點。這時糾纏之間當然就不存在時空了。而這種量子糾纏卻'涌現″出了我們生活其中的時空。

因此我們感覺到的時空可能并不是容納萬物運動的場所,而是量子糾纏運動創造的結果。我們的宇宙包括我們地球和人類自己或許只是量子糾纏的最終產物。所以哥倫比亞大學的弦理論專家布萊恩·格林說:'如果理論物理與量子信息物理的結合真如人們預期的那樣成功,那么這種結合極有可能在空間和時間的理解上帶來下一次革命″。

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