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    时空并不是量子纠缠的场所!而是量子纠缠的产物!

    2019-06-02  育则维善...

    时空在普通人的概念中,正如牛顿经典物理描述的那样:时间均匀的流淌,与任何外部事物都无关;绝对空间也只关于自身且不可移动。时空就如同一块背景一样,独立存在于事物变化之外。

    而爱因斯坦的广义相对论却打破了这种绝对时空观,他认为物质质量和能量的改变能引起时空的扭曲,时间、空间和物质质量之间存在着密不可分的内在联系。时空的几何结构是引力存在的表现形式。广义相对论的预言在现代物理的研究和实验中获得了巨大的成功。

    近几十年发展起来的量子物理理论却从微观的角度发现真空并不空,其中充斥着无数的负能量离散量子。但无论是哪一种理论都只是把时空作为了一个舞台,其中各种粒子、作用力和场在尽情地表演。

    然而近些年科学家通过研究却惊奇地发现:时空并不是前提,而是结果。换言之,时空并不是一个最基本的存在。一般认为时空产生之后各种粒子进而形成,并在其中不断演变形成我们眼中的物理世界。

    但在2006年,比伊利诺伊大学的科学家发现了时空的几何结构与量子纠缠存在着关联。在此基础上,2013年普林斯顿高等研究院的物理学家和斯坦福大学的物理学家在合作研究中发现,如果两个黑洞纠缠在一起,它们就会产生虫洞,即广义相对论中所预言的一种时空捷径。这项发现及进一步的数据计算令人诧异地表明,过去被认为不涉及实体联系的量子纠缠竟然能产生时空结构。

    就这样,量子纠缠产生时空的观点逐渐延伸开来。并且得到了理论物理界的高度重视,全世界数百位物理学家参与了名为:It from qubit(时空来自量子比特)的科研项目,每三个月碰头一次进行讨论。加拿大安大略省的圆周理论物理研究院成为项目研讨的常驻地。

    项目组成员斯坦福大学博士后布莱恩·斯温格尔认为:时空和引力最终必然来自其它东西。否则,我们将很难看到要如何协调爱因斯坦的引力理论和量子力学的数学之间长期以来的不相容。而物理学作为一个整体必然是逻辑自洽的,所以肯定存在能以某种方式统一量子力学和广义相对论的理论。

    各国科学家通过大量理论推测与研究,确定了一种名为全息原理的理论来帮助他们。这个原理就是把复杂动态的量子引力三维结构二维化。就是把难以处理和计算的三维信息等价成二维平面信息。而在众多引申等价理论中涌现出了一条可能通往前进道路的线索,那就是'共形场论对偶″。这个理论表明我们完全可以通过描述黑洞的表面行为来描述黑洞本身。换言之,黑洞内部(三维的'体″)的物理规律完美地对应于外部(二维的'边界″)的物理规律。

    无论如何,沿着这些道路进行的研究揭示了一种令人惊讶的可能性:时空本身可能由量子物理运动产生,特别是由量子纠缠这种令人困惑的现象产生。

    可能大家会疑惑鬼魅般的量子纠缠是如何超越时空这条鸿沟的。其实项目组的研究进一步表明,量子纠缠并不在我们的时空中发生,或许在高维中发生。如同我们的时空是一张平面的纸,发生纠缠的两点之间是有距离的,假如把纸对折就形成了高维时空,那两个点就正好合并变成一个点。这时纠缠之间当然就不存在时空了。而这种量子纠缠却'涌现″出了我们生活其中的时空。

    因此我们感觉到的时空可能并不是容纳万物运动的场所,而是量子纠缠运动创造的结果。我们的宇宙包括我们地球和人类自己或许只是量子纠缠的最终产物。所以哥伦比亚大学的弦理论专家布莱恩·格林说:'如果理论物理与量子信息物理的结合真如人们预期的那样成功,那么这种结合极有可能在空间和时间的理解上带来下一次革命″。

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