黑洞奇點(diǎn)的“量子糾纏”超乎想象
原創(chuàng):鄧如山 迪普曼地球與宇宙哲學(xué)工作室 昨天(6月9日)
物理學(xué)前行的方向時(shí)常變幻莫測,理論物理學(xué)在兩個(gè)非常遙遠(yuǎn)的粒子之間建立了神奇的聯(lián)系,然而,粒子之間在量子力學(xué)上的聯(lián)系充滿奇異的色彩,沒有得到清晰的解釋。理論物理學(xué)家現(xiàn)在設(shè)想了更大膽的情形,兩個(gè)黑洞以穿越時(shí)空的“蟲洞”連接起來,蟲洞縮短了時(shí)空的距離,它的物質(zhì)實(shí)質(zhì)在于黑洞之間產(chǎn)生了“量子糾纏”。理論物理學(xué)家獲得了前瞻性的洞察力,他們試圖將量子力學(xué)和愛因斯坦的廣義相對論調(diào)和起來,量子力學(xué)定義了量子糾纏概念,廣義相對論定義了蟲洞和黑洞概念,一部分理論物理學(xué)家認(rèn)同兩者的關(guān)聯(lián),另一部分理論物理學(xué)家認(rèn)為,量子力學(xué)和廣義相對論只存在一種數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)關(guān)系。
量子糾纏將兩個(gè)分散的粒子連接成一個(gè)體系,當(dāng)一個(gè)粒子發(fā)生變化時(shí),另一個(gè)粒子將會即刻受到影響。量子力學(xué)描述了支配亞原子粒子的運(yùn)動特性,一個(gè)微小的亞原子粒子同時(shí)處于兩種相反的條件、或相反的狀態(tài),比如:一個(gè)原子同時(shí)處于一個(gè)方向、或兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn),它同時(shí)在向上和向下的兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn),當(dāng)某位觀察者測量原子的旋轉(zhuǎn)方向時(shí),由于受到觀察者的“干預(yù)”行為,同時(shí)向上和向下旋轉(zhuǎn)的原子發(fā)生了“崩塌”,它或者轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)向上方向的旋轉(zhuǎn)、或者轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)向下方向的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)兩個(gè)原子發(fā)生了“量子纏繞”時(shí),即使它們彼此分離,兩個(gè)原子也會受到相互纏繞的影響,產(chǎn)生糾纏的兩個(gè)原子同時(shí)以兩種完全相關(guān)的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn),如果科學(xué)家在觀測中發(fā)現(xiàn)第一個(gè)原子向上旋轉(zhuǎn),那么第二個(gè)原子即刻轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳滦D(zhuǎn),即使兩個(gè)產(chǎn)生纏繞的原子保持了數(shù)光年的距離也是如此。
蟲洞的概念與愛因斯坦的廣義相對論有關(guān),廣義相對論指出了物體質(zhì)量與時(shí)空的關(guān)系,更大質(zhì)量的物體對時(shí)空產(chǎn)生更大程度的彎曲,質(zhì)量對時(shí)空的彎曲產(chǎn)生了牛頓力學(xué)定義的物體引力。如果一個(gè)物體的質(zhì)量足夠大,它將時(shí)空彎曲為“隧道”的形式,在彎曲的時(shí)空“隧道”中,甚至連光也無法逃脫它的引力束縛。理論物理學(xué)家設(shè)想,兩個(gè)互相分開的黑洞通過“背靠背”的組合連在一起,好像兩個(gè)“背靠背”的喇叭連在一起一樣,兩個(gè)黑洞的連接創(chuàng)造了穿越時(shí)空的捷徑,理論物理學(xué)家將這種通道稱之為“蟲洞”。今年6月,新澤西州的普林斯頓大學(xué)高級研究所的理論物理學(xué)家胡安·馬爾達(dá)西耶和加州帕洛阿爾托的斯坦福大學(xué)的理論物理學(xué)家倫納德·薩斯坎德開展合作研究,他們提出了兩個(gè)黑洞相互纏繞的情形,如果將兩個(gè)糾纏的黑洞互相分開,那么在兩個(gè)黑洞之間將會形成一個(gè)真實(shí)的蟲洞。
11月20日,加拿大維多利亞大學(xué)的克里斯坦·詹森和西雅圖的華盛頓大學(xué)的安德里亞斯·卡屈在《物理學(xué)評論》雜志發(fā)表了文章,兩位物理學(xué)家設(shè)想,一對相互糾纏的夸克—反夸克粒子存在于普通的“3D空間”,夸克—反夸克離子對產(chǎn)生了相互分離的光速運(yùn)動,愛因斯坦在狹義相對論中限定了物體的運(yùn)動速度,所有物體的運(yùn)動不可能超越光速,因此,夸克—反夸克離子對不能將信號源從一個(gè)粒子傳遞給另一個(gè)粒子,兩位科學(xué)家假設(shè)了3D空間的存在,夸克出現(xiàn)在一個(gè)假設(shè)的4D空間的邊界,在3D空間存在的離子對通過“宇宙弦”聯(lián)在一起,而“宇宙弦”存在于4D的空間,而“蟲洞”由存在于4D空間的宇宙弦構(gòu)成。
坎布里奇的馬塞諸塞理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家朱利安·桑納以詹森和卡屈的理論研究成果為基礎(chǔ),他設(shè)想了“夸克—反夸克離子”對沖入了強(qiáng)電場,具有相反電荷的離子對在相反的方向進(jìn)行加速運(yùn)動,桑納同樣設(shè)想,相互糾纏的離子對出現(xiàn)在3D的世界,它們通過一個(gè)存在于4D世界的蟲洞連接起來,11月20日,在線版的《物理評論通訊》雜志發(fā)表了桑納的文章。幾乎得出了同樣的結(jié)論,詹森、卡屈和桑納三位理論物理學(xué)家共同引用了全息理論的原理,物理學(xué)家馬爾達(dá)塞納最先提出了全息概念,這是一種量子力學(xué)理論,原初的沒有引力、缺少一個(gè)維度的空間后來具有了引力、多出了一個(gè)空間維度,在4D空間存在的黑洞在數(shù)學(xué)的概念上相當(dāng)于它們在3D邊界的全息投影。蟲洞和相互糾纏的離子對不是存在于同一種時(shí)空結(jié)構(gòu),兩者在數(shù)學(xué)概念上產(chǎn)生了互通性。
原初的量子化粒子存在于一個(gè)沒有引力的時(shí)空結(jié)構(gòu)、或在一個(gè)沒有引力的3D模式的世界中不存在任何意義的黑洞、或蟲洞,連接在一個(gè)更高維度時(shí)空的蟲洞只是一種合理的數(shù)學(xué)概念的類推,蟲洞和量子糾纏相互等價(jià),對黑洞和蟲洞概念的描述只有在引力理論的基礎(chǔ)上才有意義。物理學(xué)家提出了夸克和反夸克離子對概念,這是一個(gè)重要的步驟,對于檢驗(yàn)馬爾達(dá)塞納和薩斯坎德構(gòu)想的蟲洞和糾纏相互等效的物理理論有很大的幫助。蟲洞的幾何結(jié)構(gòu)和量子糾纏對同樣的物理事實(shí)有不同的表現(xiàn),概念可以變成具體物理實(shí)驗(yàn),夸克和反夸克離子對概念提出了驗(yàn)證蟲洞和糾纏相互等效的可能性,如果物理學(xué)家的設(shè)想得到驗(yàn)證,那么物理學(xué)進(jìn)入新的時(shí)代絕不是空穴來風(fēng)的幻想,物理學(xué)也許迎來一場全方位、深刻的變革。
(編譯:2013-12-9)
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