量子那些事儿 关注
手机版

EPR=ER?

  1. 云栖社区>
  2. 量子那些事儿>
  3. 博客>
  4. 正文

EPR=ER?

雪花又一年 2018-05-04 15:16:00 浏览170 评论0

摘要: 摘要 本文谈谈EPR,ER桥以及EPR与ER为何等价。段位极高,需要你补充大量背景知识。 背景 当今世界的两大物理支柱——相对论和量子力学中分别产生了属于各自的匪夷所思现象,即“EPR悖论”和“ER桥”。

摘要

本文谈谈EPR,ER桥以及EPR与ER为何等价。段位极高,需要你补充大量背景知识。


背景

当今世界的两大物理支柱——相对论和量子力学中分别产生了属于各自的匪夷所思现象,即“EPR悖论”和“ER桥”。而于2013年,物理学家胡安·马尔达西纳和伦纳德·萨斯坎德提出一种猜想:EPR=ER,将两个截然不同的现象联系到一起。

 

什么是EPR?

1935年,Albert Einstein, BorisPodolsky 和Nathan Rosen联合发表了一篇震惊哥本哈根的文章,其中提出一个量子力学中诡异的现象:量子纠缠。也正因为此篇论文,三位作者合被称作EPR,该现象得名“EPR悖论”。


EPR佯谬讲的是一对总自旋为零的处于纠缠态的微观粒子,只需测定其中一个粒子的状态,便可瞬间得知另一个粒子的状态。如A粒子x轴上的自旋为+1,那么B粒子(与A处于纠缠态)x轴上的自旋必为-1,关于-1无需测定即可得到,而且当A的波函数坍缩时,B的波函数也同时瞬间坍缩。初看之下,似乎并未出现吊诡之处,然当AB相距较远时,问题便出现了,此时AB之间传递信息的速度会超越光速,这是爱因斯坦所不能容忍的,在他看来,他的相对论是绝对正确的,虽然在今天看来仍是如此,不过还是持保留态度较好,正如Richard Feynman所说:我宁愿要一个无法回答的问题,也不想要一个无法被质疑的答案。而且,任何定理都只是到目前为止是正确的,我们所得的定理只是对大自然最终定理的逐渐逼近,总会有更加准确的定理来取代已知的,如果有一天我们真的寻到了终极定理,那自然是幸运的。


总而言之,量子纠缠描述的是一对微粒间的关联。相距遥远物体间的关联在经典物理中也存在,而且最易被人拿来与量子纠缠做类比的就是一副手套。然而,为了满足爱因斯坦赋予“EPR”的“鬼魅般的超距作用”,我决定以双生子来做类比,因为总有民间传言双生子之间有特殊的心灵感应。首先有一个假设,那就是双生子是“平衡”的。假设有这么一对双生子。一个叫阿尔,一个叫伯特。阿尔和母亲留在地球上,伯特和父亲被带往遥远的河外星系(此处禁止考虑双生子佯谬)。那么所谓的平衡是指什么呢?如果母亲发现阿尔饿了,那么母亲便可瞬间得知伯特撑了;同样,如果父亲发现伯特渴了,那么阿尔一定水喝多了。

640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy

ER及周边

爱因斯坦于1915年发表广义相对论,指出引力实际上是时空弯曲的表现。正如牛顿第三定律一般,物质会扭曲周围的时空,而弯曲的时空反过来规定了物质的运动方式。广义相对论为研究时空结构奠定了基础。1916年,史瓦西得出广义相对论方程的最简单解——一个球对称、没有自传的物体周围的引力场,科学家有理由相信这个解描述的是一个黑洞。


黑洞是宇宙间最神秘的天体之一,它有两个最重要的特征。其一:在其周围存在一个假象的表面,被称为事件视界,即人所能看到的事物边界,任何物体一旦进入视界以内的东西将无法出来。其二:在黑洞中心,存在奇点,使得所有物理量趋于无穷大,也即发散。


爱因斯坦认为自然界不能存在发散的物理量。他与内森·罗森为了消除黑洞的奇点问题,得出了一个新的引力方程解,对应着一个连接不同时空区域的通道,即“ER桥”,也即俗称的虫洞。虫洞将两个黑洞连接起来,即便他们相距遥远。从外部看,两个黑洞是独立的个体,但是它们共用着连接它们的内部

640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy


EPR=ER

1974年,霍金发现量子效应将导致黑洞像热物体一样发生辐射,称为“霍金辐射”。所谓霍金辐射,实质上是一种量子涨落效应,而量子涨落是指在“真空”的宇宙中,根据海森堡不确定性原理,会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子,然后瞬间消失,以符合能量守恒。如果量子涨落发生于视界周围,那么就可能导致一个粒子被吸入黑洞,而另一个逃出。然而,从整体来看,却可以看做为黑洞辐射出粒子。而黑洞辐射意味着黑洞具有温度,又因为温度源于一个系统中微观成分的运动,因此,便可以说黑洞具有某些微观成分,而这些微观成分具有各种不同的态。故,当我们从外部观测黑洞时,等同于观测一个拥有诸多微观态的体系,而黑洞处于每一体系的概率相等。


胡安•马尔德西纳与伦纳德•萨斯坎德联合发表一篇论文-处于纠缠态黑洞的冷视界。在该文中他们做了一个惊人的推论:黑洞之间有可能通过黑洞中心奇点处的虫洞而与另一个宇宙中遥远的黑洞处于纠缠态。他们做出这样假设的想法同样来自于霍金辐射,他们假设利用一部机器捕捉一个黑洞通过霍金辐射而发出的全部粒子,而这些粒子都与黑洞内部的粒子相互纠缠,如果此时在将收集到的粒子压缩成为一个新的黑洞,那么便可认为这两个黑洞处于纠缠态,而这两个黑洞之间却又通过虫洞相互联系。也就是说,无数个微观虫洞聚合在一起,形成一个宏观虫洞将两个黑洞相连。这就是EPR=ER的来源。

结语

如果这个猜想正确,那么量子纠缠就并不像人们所想那般神秘,它便可被看做是联系两个系统的连接线,而当纠缠增多时,这些连接线一起构成时空结构。目前,上述图景还仅是一个大胆的猜测,然而,已有大量的线索指向了它。我们相信,这种等价将为广义相对论和量子力学的统一带来一个美好的前景。


原文发布时间为:2017-03-23
本文作者:张永锋
本文来源:量子趣谈,如需转载请联系原作者。

用云栖社区APP,舒服~

【云栖快讯】诚邀你用自己的技术能力来用心回答每一个问题,通过回答传承技术知识、经验、心得,问答专家期待你加入!  详情请点击

网友评论