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引力波是量子引力之间量子纠缠的产物

作者:邓如山

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本作者提出的两个概念:“时空量子化“和“量子时空”并非异想天开和随心所欲的产物,时空量子化可以对应“引力量子化”;“量子引力”可以对应“量子时空”。爱因斯坦对引力进行了空间几何的解释,认为引力只是时空弯曲产生的效应。既然可以在宏观的尺度上将引力和时空的几何性质联系起来,那么也可以在微观的尺度上将引力和时空的几何属性结合起来,引力在微观的尺度上变成了“量子引力”,微观的尺度等同于“量子时空”,前者表现为引力的量子化,后者则表现为时空的量子化。本作者引入了“时空量子化”和“量子时空”的词汇只是为了加深科学人士对时空和引力微观性质的理解。

在加拿大的理论物理圆周研究所召开了主题为“它来自量子比特”的国际学术大会讨论了时空的“量子纠缠”性质,出席讨论会的科学家认为,从爱因斯坦广义相对论的描绘来看,时空是连续的,均匀的,没有组成时空的最小单位。量子物理学认为,时空实际上有量子属性,时空由最小的比特组成,量子比特的相互作用形成了时空,量子比特的相互关系比它们自身更为有趣而重要,它们的组成方式属于群集行为,科学家还不清楚每一种量子比特包含了什么信息,但是,可以判断量子比特之间奇异的相互关系和作用,量子比特之间能够发生“量子纠缠”,就像粒子之间发生的纠缠现象一样。在两个以上粒子的纠缠现象中,一个粒子的行为能够影响到另一个粒子,无论在它们之间存在多大的距离都是如此。

甚至在圆周研究所召开学术会议之前,已经有科学家提出了极富创新的设想:时空由时空纤维编织而成,时空纤维通过量子纠缠效应结合成整体,也许在时空纤维纠缠和时空几何性质之间存在我们未知的联系。早在2013年,理论物理学家胡安·马尔达西纳和莱昂纳德·萨斯坎德提出了一种设想:如果在两个黑洞之间能够发生量子纠缠,那么将创造一个“虫洞”,它是一条时空中的捷径,这种设想与广义相对论和量子物理的原则和预测相一致。马尔达西纳和萨斯坎德的设想可用在对时空属性的理解上。为了理解时空纤维纠缠、或者量子比特纠缠怎样产生了时空?我们首先必须理解量子纠缠发生的机理。爱因斯坦在1935年将奇异的粒子纠缠现象称之为“幽灵作用”,最近的研究表明:存在不同类型的量子纠缠,不仅存在常规的,在两个粒子之间发生的纠缠,而且存在多个粒子之间的纠缠。仅有单个粒子之间的常规纠缠是不够的,还存在多个粒子之间复杂的、混沌的纠缠,更大数量粒子的纠缠也许发生在时空的纤维结构中。

参加圆周研究所学术讨论会的科学家认为,可以将量子信息论和量子引力论,将量子信息论和弦理论结合起来,这对我们理解时空性质和建造量子计算机会有很大的帮助。现在遇到的最大困哪是我们不理解纠缠发生的机理,不清楚量子引力的动力学机制,因此,我们还无法解释时空形成的量子动力学原因。科学家希望有一天能够在量子比特和量子引力的基础上解释时空的形成和属性,就像我们以微观的原子和分子运动来解释热力学和物质天体的形成一样。根据加拿大圆周研究所举办的学术会议形成的共识,我们似乎可以接受量子比特在量子纠缠的基础上产生时空的设想,然而,如何通过物理实验验证这一设想是一个难题,物理学家如何开发实验的装置和方案不是近期可以完成的使命。物理学家相信量子信息论形成了时空的基础,量子比特的相互作用是时空的源泉,这一思想与数学哲学的一种观点:数字形成了物质和能量的基础,数字的相互作用构成了物质和能量的源泉相一致。

既然本作者提出了“量子化时空”和“量子时空”的概念,那么本人更相信量子比特只是“量子时空”包含的信息,量子比特的相互作用不能形成时空,只有“量子时空”、或“量子纤维”的相互作用才能形成时空的源泉,量子信息只是量子时空、或量子纤维对我们展示的特性,就像我们获得的自然和社会信息只是自然和社会现象向我们展示的特性一样。根据本作者曾提出的“等效原理”,既然普朗克最先提出了“能量子”的概念,它是一种最小的能量单位,那么研究量子信息论的物理学家提出“量子比特”概念合乎量子物理的思想,它是最小的信息单位,研究引力的物理学家可以提出“量子引力”概念,它是最小的引力单位,同样,我们可以提出“量子时空”或“量子纤维”的概念,它是最小的时空单位和最小的纤维单位,除此之外,还可以对其它的物理量进行了量子化的定义和赋值。本作者只是要提醒一下:普朗克的“能量子”概念和弦理论家的“弦”不是一个概念,“能量子”是最小的能量辐射和吸收单位,而能量化的“弦”是最小的“原子”,比如:基本粒子可能由最小的能量“弦子”构成。

本作者在宇宙哲学的学习和研究中首次提出了“等效原理”,以这一原理为中心展开了宇宙学与哲学手稿的写作,完成这种“不可能完成的任务”时刻挑战着本人的决心和毅力。“等效原理”当然不是宇宙学和哲学中的唯一原理,也不是本作者在手稿中唯一讨论的原理。现在到了应用“等效原理”的时候,粒子和基本粒子之间存在纠缠现象,这种量子纠缠得到了物理实验的检验,在量子通讯实验中有广泛的应用;量子比特之间存在纠缠现象,这种纠缠还是一种设想,加拿大圆周研究所定期召开的“它来自量子比特”学术会议认可了量子比特的纠缠现象;量子引力之间可能存在纠缠现象,这种纠缠是本作者的一种猜想,这种猜想的依据是“等效原理”,也许量子引力之间存在量子纠缠,量子引力的纠缠产生引力波,或者说引力波是量子引力之间量子纠缠的产物,“引力子”即使不是一种真实的粒子,也是一种最小的引力波单位,就像“磁力子”即使不是一种真实的粒子,也是一种最小的磁场单位一样。进一步说来,在粒子的相互纠缠、量子比特和量子时空的相互纠缠之间存在“等效原理”,它们只是一些不同类型的纠缠现象,在微观尺度上发生的纠缠过程,“等效原理”存在于不同类型的纠缠现象之中,这一原理保障了量子纠缠现象的一般性和普遍性。

(邓如山2016-10-31)

(Gravitationalwavesaretheproductofthequantumentanglementbetweenquantumgravity)

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