新项目将朝着回答引力是否是量子迈出一步

科学家们正在开发一项实验来测试引力是否是量子的——这是关于我们宇宙的最深刻的问题之一。

广义相对论和量子力学是我们对自然的两种最基本的描述。广义相对论解释了大尺度的引力，而量子力学解释了原子和分子的行为。

可以说，基础物理学中最重要的未解决问题是将这两种理论结合在一起的正确方法——确定引力是否在量子水平上起作用。虽然理论工作提出了许多可能性，但仍需要实验来充分理解重力的行为。

一百年来，关于引力量子性质的实验似乎遥不可及，但现在来自华威大学、伦敦大学学院、耶鲁大学(美国)、西北大学(美国)和格罗宁根大学(荷兰)的科学家将共同研究这个难题。

他们的新想法是在真空中悬浮两个微型金刚石，并将每个微型金刚石置于同时处于两个位置的量子叠加态。这种违反直觉的行为是量子力学的一个基本特征。

每颗钻石都可以被认为是薛定谔猫的缩小版。华威大学物理系首席研究员加文·莫利教授解释说：“薛定谔的猫是一个思想实验，它指出，如果日常物体(和宠物!)能够处于两个地方的量子叠加态，那就太奇怪了立刻。我们想测试这个想法的局限性。

“原子和分子已经成功地进入这样的叠加状态，但我们希望对更大的物体做到这一点。我们的钻石由十亿个或更多的原子组成。为了测试引力的量子性质，我们将寻找两颗这样的钻石之间由于引力而产生的相互作用。

“如果引力是量子的，那么它就能将两颗钻石纠缠在一起。纠缠是一种独特的量子效应，其中两个事物的联系比我们日常生活中的联系更加紧密。例如，如果两枚硬币可能纠缠在一起，那么你可能会发现，每当你翻转它们时，它们都会以相同的方式落地，即使不可能提前知道它们是正面还是反面。”

实现这个想法仍然面临许多挑战，团队将在项目期间进行研究。耶鲁大学的戴维·摩尔博士说：“例如，我们需要消除除重力之外的纳米粒子之间的所有相互作用，这是非常具有挑战性的，因为重力太弱了。”

莫利教授是沃里克量子(WarwickQuantum)项目的创始主任，该项目是量子技术研究的一个新的跨学科项目，他补充道：“对我来说，目前物理学中最重要的问题是开发一个可以测试引力的量子性质的实验。这个新项目加速了我们迈向这一目标的激动人心的旅程。

伦敦大学学院的SougatoBose教授评论道：“对于物理学家来说，进行能够探索量子力学和广义相对论结合的正确方法的实验，其重要性怎么强调都不为过。研究弦理论等量子引力理论的人们通常关注高能、黑洞附近和大爆炸时发生的事情。

“相比之下，我们的工作是在地球上的低能量状态下进行的，但它也将提供关于引力是否量子的宝贵信息。此外，该实验可以被视为验证任何低能量子引力理论的一般预测。”

格罗宁根大学的AnupamMazumdar教授补充道：“在理解引力的量子本质的过程中，我们也许能够测试基础物理学的其他方面，例如短距离与牛顿引力的奇异偏差。”

西北大学物理学副教授安德鲁·杰拉奇(AndrewGeraci)表示：“这是一项具有挑战性的实验，该项目是解决一些关键技术挑战的探路者，使重力的量子方面的测试成为现实。”

该项目被称为“MAST-QG：见证引力量子本质的宏观叠加”。