新的方程式可結合物理學裡的兩大理論

知識 10-07

新的方程式可結合物理學裡的兩大理論

在最近發表的研究報告中，史丹佛理論物理科學家發展出一個新的方程式，這個方程式說廣義相對論和量子力學的關鍵連結，能夠在奇怪的時空隧道中找到，那些隧道就是蟲洞。

至今物理界仍解不開的問題，是關於廣義相對論和量子力學，這是我們用來解釋宇宙的兩大傑出理論，各有各的道理，等你試著把它們並在一塊，就怎麼也算不出來結果了。

但有個史丹佛理論物理科學家，他最近想到一個新方程式，他們推測這個方程式是，在蟲洞這樣奇怪的時空隧道中，可以找到兩套理論之間的關鍵聯繫。

方程式可謂出乎意料的簡單：ER = EPR。

基本上這個方程式不是以數值組成的，但是代表了理論物理學中幾個關鍵名稱。

方程式左邊的ER是愛因斯坦和他的助手羅森，指的是1935年他們共同執筆的那份蟲洞研究，蟲洞在學術上又被稱為愛因斯坦-羅森橋( Einstein — Rosen bridge )。

新的方程式可結合物理學裡的兩大理論

方程式右邊是愛因斯坦、助手羅森（Nathan Rosen）以及波多斯基（Boris Podolsky）在同年一起寫的研究，內容關於量子糾纏(quantum entanglement)。

2013年回歸研究的史丹佛大學物理學家Leonard Susskind以及普林斯頓高等研究院的Juan Maldacena，推測這兩份研究報告敘述得很可能是同一件事，這件事在物理界中從古至今都沒人想過，包括愛因斯坦他自己。

Leonard Susskind回過頭來討論他假設事實為真的情況，但首先，我們必須把這個方程式分成幾塊來看。

首先愛因斯坦廣義相對論中，必要條件是蟲洞就像宇宙兩地之間的通道。

新的方程式可結合物理學裡的兩大理論

理論上，你掉進蟲洞任一端，你會以幾乎是瞬間移動的方式出現在另一端，儘管你是在宇宙中的極地也是如此。

但蟲洞不只是宇宙中前往異地的門道而已，也是宇宙中兩個時空的穿越門，就像科普作家卡爾．薩根（Carl Sagan, 1934- 1996）曾言：「你可能會從宇宙中另一個時空跑出來。」

換句話說，量子力學敘述兩個粒子之間能夠以無法阻擋的方式互動，確實分享共同的存在。

這就是說，不管其中一個粒子發生什麼事，馬上會影響到另外一個，就算它們相隔的距離是以光年計算。

好，那麼現在我們把兩個理論結合起來。

在Leonard Susskind的新研究報告中，他提出一個這樣的腳本，假設Alice和Bob分別都拿了一把糾纏在一塊的粒子，Alice從兩人手中的粒子團各拿了一個粒子出來，Bob也是，兩個人都有超音速噴射機，他們從宇宙中相反方向飛行。

新的方程式可結合物理學裡的兩大理論

到達他們各自的位子後，Alice和Bob用很大的力量把粒子打碎，製造出兩個黑洞。

Leonard Susskind說，結果是，兩個在宇宙兩端的糾纏黑洞透過巨大的蟲洞連結在一起。

Tom Siegfried在接受Science News訪談時提到：「如果ER=EPR為真，那麼蟲洞就能把黑洞串連在一起，因此量子力學才能敘述如何利用蟲洞幾何學。」

Tom Siegfried還補充說：「更驚人的是，兩團糾纏的亞原子粒子儘管是獨立的，也透過某種量子蟲洞而有所聯繫。愛因斯坦的引力方程式說，由於蟲洞是扭曲的時空，量子力學鑒定蟲洞會在重力和量子力學間塑造出連結。」

新的方程式可結合物理學裡的兩大理論

Leonard Susskind是對的嗎？現在斷言還言之過早，還得等到他的研究在arXiv.org預先公開，接受到同行細細審閱時，這個研究才正式經過同行複審的過程。

但Tom Siegfried指出 Leonard Susskind不是唯一朝這個方向研究的人，今年初，加州理工學院的物理學家就想到一個類似的假設，他們當時正企圖呈現量子狀態的異動如何與幾何時空曲線產生聯結。

其中，Sean M. Carroll 在部落格發表了這個假設，他表示，大部分能量與時空曲率之間最自然的關係，是愛因斯坦廣義相對論方程式所提供的。

他並表示：「這個主張是說重力，也就是時空曲率造成的能量或者動量，是非常引人注目的形式，在量子力學中得到它並不難，因為它是自動的，或至少是最自然而然就會出現的東西。」

我們等著看是否ER=EPR或一些有近親關係的方程式能夠證實這個理論，但是這想法絕對是值得令人深思，Leonard Susskind也讓人不禁好奇他是否已經得到什麼結果了。

Leonard Susskind寫道：「對我而言，很顯然似乎ER = EPR就是真的，這可是個不得了的說法，一定會影響量子力學的詮釋和基礎。如果我是對的，量子力學和重力之間的關係，可遠比我們想像的還要來得密切。」

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