物理學家發現重力不受量子條件影響: 再見了萬物論

    加入我們永遠收到最新的消息

fromnewtonto

物理學家為了將傳統物理學與量子力學結合,用兩個銣原子來看原子的量子自旋是否會影響重力的效應,這個試圖連結兩種理論的實驗到最後還是失敗了。

傳統物理學對量子力學

我們期待能找到一個掌控這個宇宙基礎物理的普遍定律「萬物論」,不過,看起來想找到這種定律的機會越來越渺茫了。

物理學家發現更明確的證據顯示重力與量子力學不合,重力決定大質量天體如何影響時空結構,量子力學則掌控著微觀世界。

為了達成此目標,現代物理學最大的挑戰就是要必須找到傳統物理學與量子力學之間的相同點。來自中國武漢華中大學的科學研究小組為了連結這兩個理論,重建了伽利略實驗。他們把重點放在等價原理:相同質量之物體在真空管中掉落的路徑會相同。

Galileo's falling bodies experiment. Caricature artwork depicting the experiment on falling bodies said to have been carried out by the Italian physicist Galileo Galilei (1564-1642). This experiment involved dropping two bodies of different weights from the Leaning Tower of Pisa. According to Aristotle, heavy bodies fell faster than lighter ones. Galileo corrected this with his discovery that objects fall with the same acceleration regardless of their weight. Galileo was said to have used two cannonballs. A famous recreation of the experiment on the Moon in 1971 used a hammer and feather. For a caricature of this, see images C011/3599 and C011/3600.

伽利略在1589年的比薩斜塔實驗也是為了證明等價原理(NASA將這原理細解為作用在所有物體上的重力加速度都是相同的,不論物體的重量或材質)。

觀看在真空管中沒有空氣阻力的影響下,重力是如何運作的:

科學家使用兩個量子自旋相反的銣原子,希望在這種分子大小的世界中,找到量子物理定律如何影響重力,這樣就有機會連結量子力學與傳統物理學這兩種理論。

main-qimg-0e7cc39d5ce713053af7a5d4789fbcd0

照理說,兩個銣原子的量子自旋不同,無法完全符合等價原理,因此兩個銣原子的降落速度應該會有些許不同。

重力不理會量子自旋

像這樣的實驗進行過很多次,但這是第一次使用原子尺寸,而不是用完整物體進行實驗。

實驗中將這兩個銣原子冷卻到比絕對零度高百萬分之幾度的溫度,讓它們保持穩定(溫度越高,原子活動力越強),接著放進真空管中。

他們用雷射光讓原子逐漸開始活動,並用稱為「原子干涉(atom interferometry)」的技術測量原子落下的速度。

實驗顯示重力於相反量子自旋原子上之作用力與在其他相同物體上之作用力是一樣的:仍然符合等價原理。兩個原子落下的速度幾乎是一樣的,顯示出即使是原子尺寸的世界,還是符合傳統物理學的重力作用。

Image converted using ifftoany

因此,想要將兩種理論結合起來,到目前為止似乎還只是空想。

不過,也有可能是我們目前所使用的測量儀器還無法測量出某些效應,因此,等將來技術更加發達,也許研究人員就能找到解答。

來源:Futurism

hssszn register