Generelt. Forskning. Teknologi

Kan kvantemekanik forklare eksistensen af ​​rumtid?

Kvantemekanik er underlig.For os, væsener, der ikke er i stand til at se mikrokosmos med det blotte øje, er det ret vanskeligt at forestille sig, hvordan alt fungerer på niveau med atomer. I henhold til atomteorien består alt i universet af de mindste partikler - atomer, der holdes sammen af ​​elektriske og nukleare kræfter. Fysiske eksperimenter udført i det 20. århundrede viste, at atomer kan knuses i endnu mindre, subatomære partikler. I 1911 gennemførte den britiske fysiker Ernest Rutherford en række eksperimenter og kom til den konklusion, at atomet ligner solsystemet, kun elektroner drejer omkring det i kredsløb i stedet for planeter. To år senere, ved at bruge Rutherfords model som grundlag, opfandt fysikeren Niels Bohr atomens første kvanteteori, og inden for dette område af teoretisk fysik blev alt endnu mere kompliceret. Men hvis kvantemekanik forklarer, hvordan de mindste partikler interagerer med hinanden, kan det da forklare eksistensen af ​​rumtid?

Forskere har ledt efter et svar på spørgsmålet om, hvad rumtid består af i mange år, men indtil videre uden succes.

Hvad er rumtid?

Jeg er sikker på, at de fleste af os opfatter detrum-tid kontinuum som en selvfølge. Og det er ikke overraskende, for ikke hver dag tænker vi på noget lignende. Men hvis du tænker over det, viser det sig, at det ikke er så let at besvare spørgsmålet om, hvad rumtid er.

Lad os starte med det faktum, ifølge teorienrelativitet (GR) af Einstein, universet har tre rumlige dimensioner og en tidsmæssig dimension. Samtidig er alle fire dimensioner organisk knyttet til en enkelt helhed, de er næsten lige og inden for visse rammer og betingelser, der kan passere ind i hinanden. Til gengæld rumtidskontinuum eller rumtid Er en fysisk model, der supplerer rummet med en tidsdimension.

Rumtid er kontinuerlig.

Inden for rammerne af den generelle relativitetsteori har rumtid også en enkelt dynamisk natur, og dens interaktion med alle andre fysiske objekter er tyngdekraften.

Inden for rammerne af generel relativitetsteori er tyngdekraftsteorien teorien om rumtid, som ikke er flad og kan ændre sin krumning.

Det følger også af generel relativitet, at tyngdekraften erresultatet af en masse, såsom en planet eller stjerne, der forvrænger rumtidens geometri. NASAs Gravity Probe-rumfartøj, der blev lanceret i 2004, målte nøjagtigt, hvor meget Jordens tyngdekraft bøjer rumtid omkring det, hvilket i sidste ende bekræfter Einsteins beregninger. Men hvor kom rumtiden fra? Svaret, mærkeligt nok, kan være skjult i kvantemekanik.

Kvantemekanik og teori om tyngdekraft

Ifølge astronomiportalen.com, i dag er fysikere på randen af ​​en revolution, der kan føre til en revision af alt, hvad vi ved om rumtid og måske en forklaring på, hvorfor kvantemekanik virker så underlig.

”Rumtid og tyngdekraft bør væretil sidst kommer ud af noget andet, ”skriver fysikeren Brian Swingle fra University of Maryland i en artikel offentliggjort i den årlige gennemgang af kondenseret materiefysik. Ellers er det vanskeligt at se, hvordan Einsteins tyngdekraft og kvantemekanikernes matematiker kan forene deres mangeårige uforenelighed.

Kvantemekanik modsiger generel relativitet

Einsteins syn på tyngdekraften som en manifestationrum-tid geometri har været enormt succesrig. Men det samme gælder kvantemekanik, som beskriver maskinbearbejdningen af ​​stof og energi på atomniveau med ukorrekt nøjagtighed. Imidlertid blev forsøg på at finde en matematisk løsning, der kombinerer kvanteunderlige med geometrisk tyngdekraft, mødt med alvorlige tekniske og konceptuelle forhindringer.

Vil du altid være opmærksom på de seneste nyheder fra populærvidenskabelige og høje teknologier? Abonner på vores nyhedskanal på Google Nyheder, så du ikke går glip af noget interessant.

I det mindste var det tilfældet i lang tid.forsøger at forstå almindelig rumtid. Et muligt svar kom fra den teoretiske undersøgelse af alternative rumtidsgeometrier, tænkelige i princippet, men med usædvanlige egenskaber. Et sådant alternativ er kendt som anti-desitter pladssom har tendens til at krympe alene,og ikke udvide, som universet gør. For livet ville det selvfølgelig ikke være det mest behagelige sted. Men som et laboratorium til at studere teorier om kvantegravitation har det meget at tilbyde og endda være nøglen til kvanteprocesserne, der kan være ansvarlige for at skabe rumtid.

Hvad er anti-desitter plads?

Anti-desitter rumforskningantyde for eksempel, at matematikken, der beskriver tyngdekraften (dvs. rumtidens geometri), kan svare til matematikken i kvantefysik i rummet med en mindre dimension.

Forestil dig et hologram - et fladt todimensionalten overflade, der inkluderer et 3D-billede. På samme måde kan den firedimensionelle geometri i rumtiden være kodet i matematikken i kvantefysik, der arbejder i et tredimensionelt rum. Eller måske er der behov for flere målinger - men hvor mange målinger, der kræves, er en del af det problem, der skal løses.

Kvanteindvikling er en af ​​de sværeste videnskabelige teorier at forstå

Uanset hvad, forsk i denne retningopdagede en forbløffende mulighed: selve rumtiden kunne genereres af kvantefysik, især ved et mystisk fænomen kendt som kvanteindvikling. Jeg diskuterede detaljeret, hvad kvantforvikling er i denne artikel.

Hvis du prøver at forklare mere eller mindre enkelMed andre ord er kvanteindvikling en overnaturlig forbindelse mellem partikler adskilt af store afstande. Disse partikler udsendes fra en fælles kilde, uanset hvor langt de er fra hinanden. Hvis du måler en egenskab (for eksempel spin) af en partikel, ved du, hvad resultatet af måling af en anden partikels spin vil være. Men før måling er disse egenskaber endnu ikke bestemt, hvilket er i modstrid med sund fornuft og bekræftes af mange eksperimenter. Det lader til, at måling et sted bestemmer, hvad målingen vil være et andet fjerntliggende sted.

Du vil undre dig over: Hvorfor er kvantefysik beslægtet med magi?

Den energiske indsats fra flere fysikere har præsenterettil verden det teoretiske bevis for, at netværk af sammenfiltrede kvantetilstande væver stoffets rumtid. Disse kvantetilstande beskrives ofte som "qubits" - bit af kvanteinformation. Entangled qubits skaber netværk med geometri i rummet med en ekstra dimension, der går ud over antallet af dimensioner, hvor qubits findes. Således kan kvbits kvantefysik sidestilles med rumets geometri med en ekstra dimension.

Det er bemærkelsesværdigt, at den oprettede geometrisammenfiltrede qubits, kan meget vel overholde ligningerne fra Einsteins generelle relativitetsteori, som beskriver bevægelse under indflydelse af tyngdekraften - i det mindste viser nyere forskning i denne retning.

Sammenfattende bemærker jeg, at ingen ved det helt sikkerthvilke kvanteprocesser i den virkelige verden er ansvarlige for at væve stoffet i rumtid. Måske viser nogle af antagelserne i de eksisterende beregninger sig at være forkerte. Men det er meget muligt, at fysik er ved at trænge dybere end nogensinde ind i naturens fundament. En eksistens indeholdende tidligere ukendte dimensioner af rum og tid.