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《物理评论快报》:完全不用弦理论而只用量子力学就可以解释引力
2020/11/26 14:38:34 | 浏览:1174 | 评论:1

  当我们观察宇宙中的引力时,例如行星的运动或接近黑洞的光线通过时,一切似乎都遵循爱因斯坦在广义相对论中写下的定律。另一方面,量子力学是描述原子和亚原子粒子最小尺度下自然物理特性的理论。尽管这两种理论使我们能够解释所观察到的每个基本物理现象,但它们也相互矛盾。迄今为止,物理学家在调和这两种理论,以解决在最大和最小规模上解释引力时所遇到的巨大困难。

  《物理评论快报》:完全不用弦理论而只用量子力学就可以解释引力

  为此,在1970年代,物理学家提出了一套新的理论来解决这个问题,扩展了相对论一般理论提出的定律。这种理论称为“弦理论”或“弦论”,它认为我们周围的一切不是由粒子形成的,而是由一维振动的弦形成的。自从引入以来,弦论一直是最广泛的理论框架,被认为是爱因斯坦广义相对论(最大规模描述自然定律)与量子力学(最小规模描述)之间所需要的联系。所以,弦理论是一种量子引力理论,是理论物理学上的一个尚未被证实的理论。

  《物理评论快报》:完全不用弦理论而只用量子力学就可以解释引力

  现在,一个国际物理学家团队,提供了令人信服的证据,即弦论并不是唯一可以形成这种联系的理论。他们证明,有可能构建一个无须遵守弦论的服从物理学所有基本定律的量子引力理论。该最新研究结果论文,题为:“有限的量子引力振幅:没有附加条件”,发表在这一期的《物理评论快报》上。

  没有弦的牵挂

  研究人员表示,“我们证明,完全不用弦理论就而用量子力学就可以解释引力。” “我们证明了一切都由粒子组成的想法仍然可以适用于量子引力,而无需弦的牵挂。”

  “这种粒子物理框架也已通过实验验证,例如在欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上进行了验证。”

  该研究基于洛伦兹量子有效作用(Lorentzian quantum effective action)的参数化,研究标量场的引力介导散射(gravity-mediated scattering)。研究证明,在虚平方动量(imaginary squared momentum)下,自旋零和自旋两极的无限塔(infinite towers)的相互作用会导致散射振幅(scattering amplitudes),这些散射振幅与在跨普朗克能量(trans-Planckian energy)上的幺正界(unitarity bounds)、因果关系、和无标度等兼容,从而该研究结构避免了引入非局部性或弦理论中特有的大量高自旋粒子。

  如图所示的费曼图,编码一种有关联引力子交换介导的幅度,两个不同标量粒子的s通道散射。所有交点和传播子都是包括所有量子校正的有效量。

  《物理评论快报》:完全不用弦理论而只用量子力学就可以解释引力

  在实验中验证

  对于科学家来说,这种新的替代理论很有吸引力,因为将弦理论与实验联系起来非常困难,换句话说:没有人在实验中观察到弦。该研究想法使用了已经通过实验测试的物理原理,粒子是人们在大型强子对撞机实验中肯定会看到的东西。这使科学家能够更轻松地弥合理论预测与实验之间的鸿沟。

  《物理评论快报》:完全不用弦理论而只用量子力学就可以解释引力

  只有一套自然定律

  在证明了他们的想法能够解决粒子物理学中长期存在的问题之后,该研究团队目前正在黑洞水平上探索其新定律的结果。毕竟,自然界只有一组经过实验所证明的自然定律,这套定律应该能够适用于所有问题,这包括当科学家以极高的能量碰撞粒子时会发生什么,或者当粒子掉入黑洞时会发生什么,其解释都应该是统一而不是矛盾的。

  研究人员表示:“这将会能够证明这些看似无关的问题之间确实存在联系,可以解决双方出现的困惑,这真是太棒了。”

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John Doran说:留言于2021-01-07 22:07:48(第1条)
网易是否盗取你们新闻?
如何能方便的第一时间看到你们的新闻?
 
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