霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?

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双面月球:月球为何有两副面孔?

几十年来,遍布陨坑的月球背面一直困扰着科学家。月球背面的地壳很厚,正面的地壳较薄并且更为光滑。科学家认为在太阳系早期,一颗略小于矮行星的天体曾经撞击月球。正是这场猛烈的撞击让月球背面遍布陨坑。科学家此前认为几十亿年前的地球一度拥有两颗卫星

霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?   作为现代物理学的两大支柱之一,量子力学形貌了微观粒子是若何发生相互作用的。在人类已知的四大基本作用力中,除了引力之外的三个都已经在量子力学中获得统一。   两个物体靠得越近,它们对相互施加的作用力就越大。若是它们离得太远,作用力就会降到零。这就是所谓的定域性原理,它险些在任何情况下都是确立的。但在量子力学中,定域性原理一直被违反。定域性可能只是一种错觉,而看破这种表象可能正是物理学所需要的。   假设有两个物体相互靠近,它们会凭据电荷和它们之间的距离泛起相互吸引或排挤的作用。这可以想象成一个物体发生了能够影响另一个物体的场,或者两个物体交流粒子,使它们之间发生推力或拉力。
霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?   固然,这种相互作用会有一个速率限制,那就是光速。凭据狭义相对论,由于卖力力流传的粒子不会以超光速运动,速率只能小于即是光速。   另一方面,基于生活经验,我们确立起了因果关系的看法,这是少有的相符我们直觉的物理学看法之一。对于宇宙中的任一个观察者而言,都有一系列存在于已往和未来的事宜。   在相对论中,这些事宜要么包罗在已往的光锥中,要么包罗在未来的光锥中。可以看到、感知到或以其他方式影响观察者的事宜被称为因果关联。从已往到未来,信号和物理效应都能以光速流传,但不会超光速。至少,这是人们的现实直觉。
霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?   但在量子宇宙中,相对论因果关系的看法并非那样简朴或普遍。凭据不确定性原理,在对粒子举行丈量之前,它们的状态是不确定的。在观察粒子之前,它们处于所有可能状态的叠加,这就是所谓的叠加态。   另外,

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也可以把两个量子粒子纠缠在一起,这样这两个发生量子纠缠的粒子就有了相同的量子性子。当丈量其中一个纠缠粒子时,不仅确定了该粒子的状态,而且还能同时知道另一个纠缠粒子的状态。   上述的量子征象已经够反直觉了,而下述的量子征象更是打破人们的传统认知:假如在时空的特定位置制造出一对纠缠粒子,然后,把它们之间的距离拉开随便远,同时保持量子纠缠。若是丈量其中一个粒子的状态,瞬间就能知道相距遥远的另一个粒子的状态,这是爱因斯坦所无法认同的“幽灵般的超距作用”。
霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?   令人困惑的是,直到良久以后,观察者才气检测这个信息是否准确,由于光信号从另一个地方流传到另一个地方需要时间。当信号到达时,对远处纠缠粒子状态的期望会与丈量效果100%一致。   在这种情况下,观察者“知道”关于非内陆或者说光锥之外发生的丈量信息。然而,观察者并不完全不知道那里发生了什么。只管没有任何信息的流传速率跨越光速,但这种丈量形貌了量子物理中一个令人不安的事实——它本质上是一个非定域理论。   但需要注重的是,丈量一个纠缠粒子的状态并不能告诉我们另一个的确切状态,只能知道相关概率信息。由于没有办法超光速发送信号,只能使用这种非定域性来展望纠缠粒子特征的统计平均值。
霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?   从爱因斯坦到薛定谔再到德布罗意,没有物理学家能提出更好的量子力学改进版。不外,现在另有物理学家正在试图做到这些。   其中之一是圆周理论物理研究所的物理学家Lee Smolin,他早在2003年就写过一篇论文,展示了量子引力的一样平常看法与量子物理的基本非定域性之间的有趣联系。虽然物理学家还没有确立起一个乐成的量子引力理论,但他们已经确立了一些有关量子引力理论的主要性子。
霍金的宇宙,量子力学的不完整性会引发物理学新的变化吗?   当试图使引力量子化时,通过用粒子交流来取代广义相对论中的时空弯曲看法来通报引力,这就会违反定域性。但若是观察这些违反定域性行为的结果,就会发现可以够通过新的、非定域性的、不能观察的变量来注释量子力学的非定域性行为。   那么,在不完整的量子力学中能否降生新的理论,并引发新的物理学变化?爱因斯坦未完成的大统一理论能否实现?广义相对论和量子力学能否最终统一起来?这些都有待时间给出谜底。

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