统一物理学再添难题:量子引力基础检验研究遭遇挑战

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一项新研究致力于将量子力学与引力纳入统一现实框架,却发现实现这一目标比预想的更为困难。最新发表的研究表明,利用量子纠缠解释引力的理论面临更多障碍,若该结论成立,则意味着阐释引力运作机制及量子物

  一项新研究致力于将量子力学与引力纳入统一现实框架,却发现实现这一目标比预想的更为困难。最新发表的研究表明,利用量子纠缠解释引力的理论面临更多障碍,若该结论成立,则意味着阐释引力运作机制及量子物理学能否解释引力的努力将遭遇更大挑战。

  这场争论的核心理论可追溯至1957年诺贝尔奖得主理查德·费曼提出的假说:若引力能使两个大质量物体形成量子纠缠,则引力本身必然具有量子特性。随着精密测量技术的进步使得相关实验成为可能,这一构想近年重获关注。

  然而,伦敦大学皇家霍洛威学院的理查德·豪尔与约瑟夫·阿齐兹最新发表的论文对该假设提出了挑战。他们的计算表明,即便在经典引力理论(爱因斯坦提出的非量子框架)条件下,两个物体之间也可能产生量子纠缠。

  传统观点认为,纯粹经典引力场无法传递量子信息,因其仅依赖局域操作与经典通信(LOCC)。在该框架下,量子纠缠需要超光速信息传输,这被认为“违背物理规律”。但豪尔与阿齐兹另辟蹊径,通过将物质的量子场论与经典引力结合,证明了量子通信仍可能产生。

  论文作者解释道:“虽然纠缠现象可作为引力量子特性的证据,但与先前认知不同的是,这并非确凿证据,本质上属于现象学问题 —— 其具体表现取决于实验参数与设计形式。”

  关键不在于假想中的引力子传播子(量子化引力场相关粒子),而在于虚拟物质传播子(如电子等粒子的量子场描述组成部分)。换言之,表现出的量子行为可能源于物质本身的量子特性,而非引力的量子属性。

  这一微妙差异具有重大意义。多年来物理学家提议通过“桌面实验”检验费曼理论,希望观测引力诱导的纠缠作为引力量子化的证据。新发现表明此类实验结果将具有模糊性 —— 既可能源于量子引力,也可能来自经典引力与量子场的相互作用。

  研究团队补充说明:“我们在此论证了局域经典引力理论实际上能够产生量子通信进而形成纠缠。那些认定经典引力仅通过LOCC运作的论点和定理,本质上是在标准量子力学框架下处理物质问题。但就我们目前认知而言,物质遵循量子场论,当考虑这一因素时,经典引力相互作用自然会导致量子通信。”

  尽管这一发现使得探寻量子引力明确实验特征的道路更为曲折,但并未否定相关实验的价值。研究团队指出,根据质量、分离距离和实验时长等变量差异,经典与量子引力模型会产生不同强度的纠缠现象。通过精确测量这些差异,科学家仍有可能区分两种理论情境。目前,费曼构想了半个多世纪的实验依然既引人入胜,又充满挑战。

  该项研究成果已发表于《自然》期刊。

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