一项旧的实验可能是揭开“万物理论”的关键

2018-01-14 21:00

1. 一位西班牙物理学家说:“重新思考我们在1801年双狭缝实验(double slit experiment)的假设,可能是找到统一"万物理论(theory of everything )"的关键。”

2. 调和现代物理学的两个支柱,爱因斯坦的广义相对论和量子力学理论,对于真实会有更好的理解。

互相对立的差异

理论物理学无法找到的是统一的万物理论,万物理论要统一现代物理学的两个支柱,爱因斯坦的广义相对论和量子力学。虽然这两个理论都解释了很多有关于我们的宇宙,但它们也彼此不相容。现在,西班牙巴塞隆纳科学技术学院(Barcelona Institute of Science and Technology)的James Quach提出了一种可能调和这两个理论的方法,并且他的想法是从一个标志性的实验开始。

Thomas Young的1801年双狭缝实验涉及到发送粒子通过两个狭缝,然后检查它们在撞击到狭缝后面的萤幕时所产生的图案。对粒子的传统看法是认为它们应当在萤幕上形成两个平行的条纹,而且在大多数的情况下是如此,直到我们接触到量子粒子。当我们发送电子通过狭缝时,它们表现得很像波,产生交替的明亮和暗淡的条纹。

虽然我们不知道为什么量子粒子创造出它们在双狭缝实验中所做出的图案,由于波恩法则(Born rule),我们的确知道如何预测它们将在哪里撞击到萤幕,而波恩法则在迄今所有的真实测试是行得通的。但情况是,物理学不知道为什么它为什么行得通,它就是行得通。

Quach的研究建议以我们的量子力学知识,来详细察看从双狭缝实验到找出目前分歧的假设,这将使我们更接近于调和它与广义相对论。他建议我们设计一个波恩法则行不通的实验,因为这将启发我们对量子力学理解的任何弱点,并希望帮助我们调和它与广义相对论。

他提议采用理论物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)的论断。在解释粒子在双狭缝实验中的可能路径,必须要考虑所有路径,甚至是无意义的路径。不是仅仅考虑量子粒子的两个可能的路径(通过缝隙A或通过缝隙B),物理学家应该考虑第3条路径:通过缝隙A,然后到缝隙B,最后到达萤幕。

Quach认为如果在双狭缝板后面放置两个侦测器,这是可以测试的。一个侦测器将指出量子粒子是否已经穿过狭缝A或B,而另一个将侦测粒子是否仅通过一个或两个狭缝,但不知道是哪一个。

中间立场

当你解释Quach的三条路径之间的干扰时,你所得到的机率会不同于只解释两条路径的波恩法则所预测的机率。这个波恩法则的漏洞,可以指出在爱因斯坦广义相对论和量子力学理论中的哪些假设必须丢弃,引导我们沿着道路朝向梦寐以求的万物理论。

虽然Quach的提案还没有正式被同行审查,或是在真实世界的实验中测试,但它可能是解决一个困扰科学界半个世纪之久的问题的第一步,并导致对我们所居住的宇宙更全面的理解。

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