1935 년, 양자 역학과 앨버트 아인슈타인의 일반적인 상대성 이론이 젊었을 때, 28 세인 Matvei Bronstein이라는 소련의 물리학자는 젊었을 때 양자 이론에서 두 가지를 조정하는 문제에 대한 첫 번째 상세한 연구를 만들었습니다. 브론 슈타인 (Bronstein)이 불렀던 것처럼“세계 전체의 가능한 이론”은 아인슈타인의 중력에 대한 고전적인 설명을 대체 할 것입니다.
브론 슈타인 (Bronstein)은 현재 중력이라고 불리는 양자화 된 입자 측면에서 중력을 묘사하는 방법을 알아 냈지만, 중력의 힘이 약한 경우에만, 즉 (일반적인 상대성 이론) 시공간 직물이 너무 약하게 구부러져 평평하게 근사화 될 수 있습니다. 그는 중력이 강하면“상황은 상당히 다릅니다.”라고 그는 썼다. "고전적인 개념의 깊은 개정이 없다면, 중력의 양자 이론을이 영역으로 확장하는 것은 거의 불가능한 것 같습니다."
.그의 말은 예언 적이었다. 83 년이 지난 후에도 물리학 자들은 여전히 더 근본적이고 아마도 중력의 양자 그림에서 거시적 척도에서 시공간 곡률이 어떻게 나타나는지 이해하려고 노력하고 있습니다. 물리학에서 가장 깊은 질문입니다. 아마도 기회가 주어지면 채찍 스마트 브론 스타 인은 물건을 속이는 데 도움이되었을 것입니다. 양자 중력을 제외하고, 그는 천체 물리학과 우주론, 반도체 이론 및 양자 전기 역학에 기여했으며, 1938 년에 31 세의 나이에 1938 년에 스탈린의 그레이트 퍼지에 사로 잡히기 전에 어린이들을위한 몇 가지 과학 서적을 썼습니다.
.양자 중력의 전체 이론을 찾는 것은 중력의 양자 특성이 실제 경험에서 결코 나타나지 않는다는 사실에 의해 혼란스러워졌습니다. 물리학 자들은 매끄러운 시공간 연속체에 대한 아인슈타인의 설명, 또는 약하게 구부러 질 때 브론 슈타인의 양자 근사치에 대한 설명을 절대 보지 못합니다.
.문제는 중력의 극심한 약점입니다. 강하고 약하고 전자기 성력을 전달하는 양자화 된 입자는 너무 강력하여 원자에 물질에 단단히 결합하고 탁상 실험에서 연구 될 수있는 반면, 중력은 개별적으로 약해져서 실험실이이를 감지 할 희망이 없다. 확률이 높은 중력을 감지하려면 입자 검출기가 너무 커서 막대하여 블랙홀로 붕괴 될 것입니다. 이 약점은 다른 거대한 신체에 중력에 영향을 미치기 위해 천문의 질량 축적이 필요한 이유이며, 우리가 중력이 큰 것을 보는 이유
그뿐만 아니라 우주는 일종의 우주 검열에 의해 지배되는 것으로 보인다 :극한의 중력의 영역-시공간 곡선이 급격히 곡선이 너무 날카 롭고 아인슈타인의 방정식과 진정한 양자의 특성이 드러나야한다.
하버드 대학교의 이론적 물리학자인 Igor Pikovski는“몇 년 전조차도 어떤 식 으로든 중력장의 양자화를 측정하는 것은 가능성이 높지 않은 일반적인 합의였습니다.
이제 Physical Review Letters 에 최근에 출판 된 한 쌍의 논문 미적분학을 변경했습니다. 이 논문은 결국 양자 중력에 접근 할 수 있다고 주장하면서 아무것도 배우지 않는다고 주장합니다. University College London의 Sougato Bose와 9 명의 공동 작업자와 Chiara Marletto와 Vlatko Vedral이 옥스포드 대학교에서 쓴 논문은 중력이 그레이 비톤을 감지하지 않고 중력이 모든 나머지와 같은 양자 힘임을 확인할 수있는 기술적으로 도전적이지만 실현 가능한 탁상 실험을 제안합니다. Dartmouth College의 양자 물리학자인 Miles Blencowe는이 작업에 관여하지 않았으며 실험은 다른 보이지 않는 양자 중력의 확실한 징후를 감지 할 것이라고 말했다.
제안 된 실험은 Bose의 그룹이 한 쌍의 마이크로 다이아몬드를 사용할 계획 인 두 객체가 상호 중력 매력을 통해 서로 양자 역학적으로 얽히게 될 수 있는지 여부를 결정할 것입니다. 얽힘은 입자가 분리 할 수 없게 얽히게되는 양자 현상으로, 가능한 결합 상태를 지정하는 단일 물리적 설명을 공유합니다. (“중첩”이라고도하는 다른 가능한 상태의 공존은 양자 시스템의 특징입니다.) 예를 들어, 얽힌 입자 쌍은 중첩에 존재할 수 있습니다. 이는 입자 A의“스핀”이 상승하고 B의 포인트가 50 %, 반대의 50 % 확률로 50 %가있을 수 있습니다. 입자의 스핀 방향을 측정 할 때 어떤 결과를 얻을 수 있는지 미리 알 수는 없지만 반대 방향으로 가리킬 수 있습니다.
.저자들은 제안 된 실험의 두 물체가 이런 식으로 이런 식으로 서로 얽히게 될 수 있다고 주장한다. Blencowe는“실험을 할 수 있고 얽힘을 당하면 그 논문에 따르면 중력이 양자화되었다고 결론을 내려야한다”고 설명했다.
다이아몬드를 얽 으려면
양자 중력은 너무 눈에 띄지 않아 일부 연구자들은 그것이 존재하는지 의문을 제기했습니다. 94 세의 유명한 수학 물리학 자 프리먼 다이슨 (Freeman Dyson)은 2001 년부터 우주가 일종의“이원론 적”설명을 유지할 수 있다고 주장했다. 여기서“아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 묘사 된 중력 분야는 에서 그 해에 썼다. 이 매끄러운 시공간 연속체 내의 모든 문제는 확률 론적 규칙을 준수하는 입자로 양자화되지만
양자 전기 역학 (물질과 빛 사이의 상호 작용 이론)을 개발하는 데 도움을 준 다이슨 (Dyson)은 뉴저지 주 프린스턴 (Princeton)의 고급 연구 연구소 (Instit 그리고 그는 원칙적으로도 가상의 중력을 감지하는 것이 불가능한 지 궁금해합니다. 이 경우, 양자 중력은 물리학보다는 형이상학 적이라고 주장한다.
그는 유일한 회의론자가 아닙니다. 유명한 영국의 물리학 자 로저 펜 로즈 경과 독립적으로 헝가리 연구원 인 Lajos Diósi는 시공간이 중첩을 유지할 수 없다는 가설을 세웠다. 그들은 매끄럽고 견고하며 근본적으로 고전적인 특성으로 인해 두 가지 다른 방법으로 한 번에 경화를 방지 할 수 있으며, 그 강성은 전자 및 광자와 같은 양자 시스템의 중첩이 붕괴되는 원인이라고 주장합니다. 이“중력 디코 언론”은 그들의 관점에서, 거시적 규모로 경험되는 단일의 암석, 고전적인 현실을 일으킨다.
양자 중력의 "미소"를 감지하는 능력은 다이슨의 주장을 반박하는 것처럼 보일 것입니다. 또한 중력과 시공간 시간이 양자 중첩을 유지한다는 것을 보여줌으로써 중력 디코 언론 이론을 죽일 것입니다.
전문가들은 Zeitgeist를 반영한다고 Bose와 Marletto의 제안은 우연히 동시에 나타났습니다. 전 세계의 실험적 양자 물리 실험실은 두 개의 양자 시스템이 얽히고 있는지 여부를 테스트하기위한 Quantum Suppositions 및 간소화 프로토콜에 끊임없는 미세한 물체를 넣고 있습니다. 제안 된 실험은 이러한 절차를 결합하면서 규모와 감도의 추가 개선이 필요합니다. 그것을 뽑는 데 10 년 이상이 걸릴 수 있습니다. Pikovski는“그러나 물리적 장애물은 없다”고 말했다. "도전적이라고 생각하지만 불가능하다고 생각하지 않습니다."
이 계획은 Bose와 공동 저자에 의해 논문에 자세히 설명되어 있습니다. 제안의 다른 단계를위한 전문가의 캐스트. 예를 들어, 워릭 대학교 (University of Warwick)의 실험실에서 공동 저자 인 개빈 모리 (Gavin Morley)는 1 단계에서 일하면서 두 곳의 양자 중첩에 마이크로 다이아몬드를 배치하려고 시도하고 있습니다. 이를 위해, 그는 다이아몬드 구조의 공석 옆에 마이크로 다이아몬드에 질소 원자를 포함시키고 전자 레인지 펄스로 zap니다. 질소-진영 시스템을 공전하는 전자는 빛을 흡수하고 그렇지 않으며, 시스템은 시계 방향으로 회전 할 가능성이 있고 시계 반 시계 방향으로 회전 할 가능성이있는 회전하는 상단과 같은 두 개의 스핀 방향 (위아래로)의 양자 중첩에 들어갑니다. 이 중첩 스핀으로 가득 찬 마이크로 다이아몬드는 자기장에 적용되며, 다운 스핀이 오른쪽으로 이동하는 동안 왼쪽으로 이동하는 스핀을 만듭니다. 따라서 다이아몬드 자체는 두 궤적의 중첩으로 나뉩니다.
전체 실험에서 연구원들은이 모든 것을 두 개의 다이아몬드 (파란색과 빨간색)로 수행해야합니다. 그들을 잡고있는 트랩이 꺼질 때, 각각 두 위치의 중첩에있는 두 마이크로 다이아몬드는 진공을 통해 수직으로 떨어집니다. 그들이 쓰러지면서 다이아몬드는 서로의 중력을 느낍니다. 그러나 그들의 중력 매력은 얼마나 강합니까?
중력이 양자 상호 작용이라면 대답은 다음과 같습니다. Blue Diamond의 중첩의 각 구성 요소는 후자가 더 가깝거나 멀리 떨어진 중첩의 가지에 있는지 여부에 따라 Red Diamond에 대한 더 강력하거나 약한 중력 매력을 경험할 것입니다. 그리고 레드 다이아몬드의 중첩의 각 구성 요소가 느끼는 중력은 블루 다이아몬드가 어디에 있는지에 따라 다릅니다.
각각의 경우, 다른 정도의 중력 매력은 다이아몬드의 중첩의 진화 구성 요소에 영향을 미칩니다. 두 다이아몬드는 상호 의존적 인 것이므로 상태는 결국 두 가지 질소 표현 시스템의 스핀 방향이 상관 될 수 있도록 해당 상태로만 지정 될 수 있음을 의미합니다.
.마이크로 다이아몬드가 약 3 초 동안 나란히 떨어진 후 (서로의 중력에 얽히게하기에 충분한 시간), 그들은 각각의 가지의 가지를 다시 가져 오는 다른 자기장을 통과합니다. 실험의 마지막 단계는 네덜란드 물리학 자 Barbara Terhal과 다른 사람들이 개발 한 "얽힘 증인"프로토콜입니다. 파란색과 빨간 다이아몬드는 질소 검진 시스템의 스핀 방향을 측정하는 별도의 장치에 들어갑니다. (측정으로 인해 중첩이 명확한 상태로 붕괴됩니다.) 두 가지 결과를 비교합니다. 전체 실험을 반복해서 실행하고 많은 쌍의 스핀 측정을 비교함으로써, 연구자들은 두 양자 시스템의 스핀이 양자-기계적으로 얽히지 않는 물체의 알려진 상한보다 더 자주 상관 관계가 있는지 여부를 결정할 수 있습니다. 이 경우, 중력이 다이아몬드를 얽히고 중첩을 유지할 수 있다는 것이 따를 것입니다.
Blencowe는“논쟁의 아름다운 점은 양자 이론이 무엇인지, 구체적으로 무엇을 알 필요가 없다는 것입니다. "당신이 말해야 할 것은이 분야에 양자 측면이 있어야 두 입자 사이의 힘을 중재해야한다는 것입니다."
.기술적 과제가 많이 있습니다. 이전에 두 위치를 중첩 한 가장 큰 물체는 800 개 분자입니다. 각각의 마이크로 다이아몬드에는 1,000 억 개 이상의 탄소 원자가 포함되어 있으며, 충분한 중력을 유지하기에 충분합니다. 양자 기계적 특성을 발굴하려면 더 차가운 온도, 더 높은 진공 및 더 미세한 제어가 필요합니다. UCL에 본사를 둔 실험 팀의 일원 인 Peter Barker는“이 초기 중첩을 시작하고 운영하고있다”고 말했다. Bose는 하나의 다이아몬드로 수행 할 수 있다면“두 사람은 큰 차이를 만들지 않습니다.”
.중력이 독특한 이유
양자 중력 연구자들은 중력이 얽힘을 유도 할 수있는 양자 상호 작용이라는 것을 의심하지 않습니다. 확실히, 중력은 어떤면에서는 특별하며 공간과 시간의 기원에 대해 알아야 할 것이 많지만 양자 역학이 관련되어야한다고 그들은 말합니다. 매사추세츠 기술 연구소의 양자 중력 연구원 인 다니엘 할로우 (Daniel Harlow)는“나머지 물리가 양자이고 중력이 고전적 인 이론을 갖는 것은 실제로 의미가 없습니다. 혼합 양자 클래식 모델에 대한 이론적 주장은 강력합니다 (결정적이지는 않지만)
반면에, 이론가들은 이전에 틀렸다. 할로우는 다음과 같이 지적했다.“그래서 확인할 수 있다면 왜 안 되나요? 그것이이 사람들을 닥칠 경우” - 중력의 양자에 의문을 가진 사람들 -“훌륭합니다.”
다이슨은 prl 을 읽은 후 이메일로 썼다 논문 :“제안 된 실험은 확실히 큰 관심을 끌고 있으며 실제 양자 시스템으로 수행 할 가치가 있습니다.” 그러나 그는 양자 분야에 대한 저자의 사고 방식은 그의 것과 다르다고 말했다. "[실험]이 양자 중력이 존재하는지 의문을 제기 할 것인지는 분명하지 않다"고 그는 썼다. "단일 중력이 관찰 가능한지 여부에 대해 묻고있는 질문은 다른 질문이며 다른 대답을 할 수 있습니다."
.사실, Bose, Marletto 및 그들의 공동 저자는 양자화 된 중력에 대해 생각하는 방식은 브론 슈타인이 1935 년에 처음으로 생각한 방식에서 비롯된 것입니다. (브론 슈타인의 논문이“이전에 보지 못한 아름다운 작품”이라고 불렀습니다. 특히 브론 슈타인은 뉴턴의 법칙에 의해 거의 대량으로 생산 된 약한 중력이 대략적으로 대략적으로 나타날 수 있음을 보여주었습니다. (이것은 마이크로 다이아몬드 중첩 사이에 작용하는 힘입니다.) Blencowe에 따르면, 약한 양자 중력 계산은 블랙홀이나 빅뱅의 물리학보다 물리적으로 관련성이 높음에도 불구하고 크게 개발되지 않았습니다. 그는 새로운 실험 제안이 이론가들이 미래의 탁상 실험이 조사 할 수있는 Newtonian 근사치에 미묘한 수정이 있는지 알아 내기를 희망한다.
.스탠포드 대학교 (Stanford University)의 저명한 양자 중력과 현악 이론가 인 레너드 수스 스킨 (Leonard Susskind)은“새로운 범위의 질량과 거리에서 중력을 관찰하기 때문에 제안 된 실험을 수행하는 데 가치가있었습니다. 그러나 그와 다른 연구자들은 마이크로 다이아몬드가 양자 중력 또는 시공간의 전체 이론에 대해 아무것도 밝힐 수 없다고 강조했다. 그와 그의 동료들은 블랙홀의 중심과 빅뱅의 순간에 어떤 일이 일어나는지 이해하고 싶어합니다.
아마도 다른 모든 것보다 중력을 정량화하기가 훨씬 더 어려운 이유에 대한 한 가지 단서는 자연의 다른 힘 필드가“지역성”이라는 특징을 나타낸다는 것입니다. 전자기장의 한 영역의 양자 입자 (예 :전자기장의 광자)는“다른 공간의 물리적 실체와 독립적”이라고 Mark van Raamsdonk는 영국의 콜로 르메 르 르 르 르메 르 르 르 르메 르 르 르 르 르 르 르 르 르 르 든 (Mark Van Raamsdonk)은 말했다. 그러나 "중력이 작동하는 방식이 아니라는 이론적 증거가 많이 있습니다."
.Van Raamsdonk는 양자 중력의 최고의 장난감 모델 (실제 우주보다 간단한 시공간 형상이있는)에서 벤디 시공간 직물이 독립적 인 3D 조각으로 세분화한다고 가정 할 수 없다고 Van Raamsdonk는 말했다. 대신, 현대 이론은 우주의 근본적인 기본 구성 요소가“2D 방식으로 더 많이 조직된다”고 제안합니다. 시공간 직물은 홀로그램이나 비디오 게임과 같을 수 있습니다.“그림이 3 차원이지만 정보는 일부 2 차원 컴퓨터 칩에 저장됩니다. 이 경우 3D 세계는 다른 부분이 독립적이지 않다는 점에서 환상적입니다. 비디오 게임 비유에서 2D 칩에 저장된 소수의 비트는 게임 우주의 글로벌 기능을 인코딩 할 수 있습니다.
양자 중력 이론을 구성하려고 할 때 구별이 중요합니다. 무언가를 정량화하는 일반적인 접근법은 독립적 인 부분 (입자)을 식별 한 다음 양자 역학을 적용하는 것입니다. 그러나 올바른 구성 요소를 식별하지 않으면 잘못된 방정식이 나타납니다. 브론 슈타인과 마찬가지로 3D 공간을 직접 정량화하는 것은 약한 중력에 대해 어느 정도 작동하지만 시공간이 고도로 구부러 질 때이 방법은 실패합니다.
양자 중력의“미소”를 목격하면 이러한 추상적 인 추론에 동기를 부여하는 데 도움이 될 것이라고 일부 전문가들은 말했다. 결국, 양자 중력의 존재에 대한 가장 현명한 이론적 주장조차 실험 사실의 중력이 부족합니다. Van Raamsdonk가 구어체 나 대화에 대한 그의 연구를 설명 할 때, 그는 일반적으로 고전적인 시공간 설명이 블랙홀과 빅뱅에 실패하기 때문에 중력을 양자 역학과 조정해야한다고 말하면서 시작해야한다고 말하면서 시작해야합니다. "그러나이 간단한 실험을 수행하고 중력장이 실제로 중력에 있다는 것을 보여주는 결과를 얻을 수 있다면,"고전적인 설명이 부족한 이유는 자명 할 것입니다. "중력이 양자임을 암시하는이 실험이 있기 때문에"
.교정 2018 년 3 월 6 일 :이 기사의 이전 버전은 다트머스 대학교에 언급되었습니다. Dartmouth는 학부 대학뿐만 아니라 학부 및 전문 대학원을 포함한 여러 개별 학교가 있다는 사실에도 불구하고,이 기관은 역사적 이유로 Dartmouth College라고합니다.
