新研究檢驗量子版愛因斯坦雙生子悖論

【新唐人北京時間2019年10月22日訊】量子學相對論可以說是當代理論中兩大重要支柱,可是,科學家還從來無法將這兩種理論連貫地結合起來解釋宇宙的現象,特別是一些宇宙高能事件中,都只能用一種理論進行解釋。

一組物理學家最近提出了一種把量子學和愛因斯坦的雙生子悖論聯繫起來探查其效果的實驗,研究者稱,這將為發明更準確的時鍾、感應器奠定基礎。

澳大利亞昆士蘭大學的物理學家齊奇(Magdalena Zych)說,這份他們和德國烏爾姆大學(Ulm University)合作的研究,旨在用量子粒子特有的「疊加態」,對愛因斯坦的雙生子悖論進行檢驗。

雙生子悖論稱,與一個巨大質量的物體不同距離地點的物體周圍空間場內時間的快慢是不同的;或者,以不同速率運動的物體上面的時間快慢也不相同。

齊奇說:「比如,與距離一個大質量物體很遠的時鍾相比,距離這個大質量物體近一些、或者處於高速運動中的時鍾走得慢一些。」這於是就形成了所謂『雙生子悖論』:雙生兄弟中的一個以高速運動(比如乘坐飛船)離開地球,另一個則留在原地。當飛船回到地球時,這對雙生子再次相遇,曾坐飛船高速運動的那個人將顯得年輕,因為在兩人的空間場內所經過的時間是不同的。

「這是令人震驚的效果。電影《星際穿越》(Interstellar)就描述了這樣的情形,而且這也得到一些現實世界實驗的證實,現在人們日常使用的GPS技術也把這個因素考慮了進去。」

現在,這個研究組想了解量子粒子在這樣雙生子悖論之下會產生什麼樣的效果——即用一個量子粒子代替雙生子。

齊奇說:「量子粒子的疊加態使得粒子在同一時間可以位於兩個地點,位於每個地點的可能性相同。量子力學描述了物體存在的另一種方式。」

「這個實驗的想法是,讓一個量子粒子的疊加態代表兩條不同速度的軌跡,檢驗它們是否分別經過了不同的時間。」

「按照我們對量子力學和相對論的理解,當兩條疊加態軌跡相遇的時候,這『量子旅行者』應該同時處於比自己年輕和比自己老的疊加態。」

「這就是將來能夠實現這個實驗的時候我們希望得到的結果。」

「這將幫助未來物理學家用更先進的技術造出更精確的感應器和時鍾,也將是未來導航系統、自動駕駛汽車和地震警報網絡的重要組成部分。」

而且,這個實驗也將能回答一些現代物理學所無法回答的問題。

「一個關鍵的例子就是,時間可以有量子態嗎?」齊奇說:「這個問題就像當代物理理論的『聖盃』——即找到量子力學和引力之間的銜接點。」

這份研究近期發表在《科學進展》(Science Advances)上。

──轉自《大紀元》

(責任編輯:葉萍)

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