The Physicist Who Proved Entropy = Gravity What if gravity is not fundamental but emerges from quantum entanglement? In this episode, physicist Ted Jacobson reveals how Einstein’s equations can be derived from thermodynamic principles of the quantum vacuum, reshaping our
重力量子本質實驗驗證:古典重力或可誘發量子糾纏
编辑者: Irena I
探究重力是否具備量子特性,是當代物理學中一項懸而未決的重大難題,因為重力是唯一尚未被納入量子力學框架的基本交互作用力。目前,電磁力、強核力與弱核力皆已能被量子場論一致描述,然而,愛因斯坦的廣義相對論將重力視為時空彎曲,其本質仍遵循古典定律。物理學界已嘗試逾一個世紀來建構一套完備的量子重力理論,儘管尚未完全成功,但當前的研究焦點已轉向實驗,試圖在重力現象中尋找量子行為的蛛絲馬跡。
一項極具潛力的實驗途徑,其靈感源自物理大師理查德·費曼在1957年提出的構想,即是檢驗重力是否能誘發兩個微小質量之間的量子糾纏現象。若能證實此類糾纏的存在,將強烈暗示重力具有量子本質,這也成為當前實驗努力的核心驅動力。費曼的這一思想實驗,在當時的教堂山會議上被提出,旨在直觀地探究重力是否具有量子特性,並已成為量子重力實驗設計的基礎藍圖。
目前,多個研究團隊正積極在實驗室中執行此項測試,方法是將極微小的質量置於深度冷卻的量子機械態。舉例來說,維也納的研究人員計劃利用雷射將尺寸約為150奈米的微小玻璃珠冷卻,使其表現出量子力學波包的特性。此外,另一項實驗則基於卡文迪許實驗的原理,旨在測量極小物體之間的重力交互作用,部分團隊的目標是研究質量僅有數微克的物體。這些奈米尺度的操作,與諾貝爾獎得主在量子點研究中對奈米尺度的控制有異曲同工之妙。
這些實驗的執行極為精密且複雜,必須在近乎完美的真空環境中進行,並嚴密屏蔽所有外界干擾,因為即便是單一分子也可能破壞極其敏感的量子態或潛在的糾纏。值得注意的是,近期理論發展指出,在特定條件下,即使是純粹的古典重力也可能在物質間誘發某種形式的糾纏,這為實驗結果的解讀增添了複雜性。倫敦大學皇家霍洛威學院的Joseph Aziz和Richard Howl的研究便指出,即使重力是經典的,也可能透過「虛擬粒子」與量子場相互作用,產生「類量子糾纏」效應。
與專注於量子重力本身的實驗努力並行,理論研究也在持續推進。例如,德國漢堡大學新成立的 Emmy Noether 青年研究小組,便致力於攻克量子重力中艱難的領域,該小組由Dr. Max Wiesner領導,專注於弦論和量子重力中強耦合效應的計算。這類理論工作,或許能為理解暗能量等現象提供新的啟示。德國比勒費爾德大學的 Emmy Noether 計畫,旨在支持年輕科學家早期獨立研究,體現了對基礎物理學的長期投入。
總體而言,將廣義相對論與量子力學統一,仍是追求對宇宙基本作用力全面理解的核心目標,此一探索在2026年持續成為全球密集研究的主題。麻省理工學院(MIT)的科學家也正透過結合扭轉振盪器與雷射冷卻的實驗,挑戰愛因斯坦的百年理論,試圖區分重力究竟是量子場、突現現象,還是經典力。這項跨越理論與實驗的努力,體現了物理學界在追求基礎統一性上的堅韌不拔。
來源
Frankfurter Allgemeine
FAZ
Spektrum der Wissenschaft
scinexx.de
Agenda INFN
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