上升的东西一定是量子的吗测试引力量子斩波的实验

一项新的实验将检验这样一个概念：引力是物理世界的基本力之一，它依赖于量子物理学来发挥作用。

如果是这样，它将进一步表明量子力学在宇宙中的中心地位，并开始解释一种普遍存在的自然现象的先前未知的基础，以至于大多数人都认为它的存在是理所当然的。

耶鲁大学文理学院物理学副教授戴维·摩尔(DavidMoore)是一个国际研究小组的成员，该小组将进行这项名为“见证引力量子本质的宏观叠加”(MAST-QG)的实验。这个为期五年的项目由戈登和贝蒂摩尔基金会以及阿尔弗雷德·P·斯隆基金会资助，旨在为该实验奠定基础。

MAST-QG将尝试将宇宙的两个基本描述联系起来。广义相对论是爱因斯坦的理论，认为引力是由具有质量的物体产生的，使它们周围的空间弯曲或扭曲，众所周知，广义相对论与探索原子和粒子的奇怪行为的量子力学不相容。

由于量子力学粒子的质量很小，测量它们之间的微弱引力相互作用以前是不可能的。

摩尔是耶鲁大学赖特实验室的成员，他将与伦敦大学学院、英国华威大学、西北大学和荷兰格罗宁根大学的研究人员合作开发该实验。首席研究员是来自华威大学的加文·莫利。

我们最近采访了摩尔，讨论了该实验及其可能如何进行。

我们还不知道引力是否是一种量子现象，您对此感到惊讶吗?

大卫·摩尔：重力这种力量似乎是我们日常生活中最明显的力量，但它完全是一个谜。说实话，很尴尬。尽管我们已经研究了它数百年，但我们根本无法在微观层面上了解重力的任何细节。

感谢爱因斯坦的相对论，我们有了关于引力如何在天体物理距离上发挥作用的美丽理论。但我们也知道，当我们将同样的理论应用于量子力学和构成宇宙的粒子时，它就行不通了。为什么?对于我们物理学界的许多人来说，这只是一个令人兴奋的问题。

我们是否知道量子力学如何影响其他基本力，例如电磁力和“强”核力?

摩尔：是的，我们已经了解了大量关于所有其他基本力的知识——除了我们了解时间最长的引力之外。这是一种不符合我们的量子世界图景的力量。

在这方面，引力有何不同?

摩尔：与所有其他基本力相比，引力非常弱。例如，氢原子中的电子和质子之间由于电荷而产生的吸引力比重力强近40个数量级(10,000万亿万亿倍)。支配宇宙的其他三种基本力——电磁力以及强核力和弱核力——它们的内在强度都非常接近。引力的弱点本身就是一个重大谜题，但也使实验变得极具挑战性。

我们对重力有所了解的唯一原因是因为整个行星都在向我们施加重力。仅我们鞋子里的原子就足以让我们对抗整个地球。这真是令人印象深刻。

但我们始终无法将大型物体(那些我们在可见世界中看到的物体)置于量子态中，并在如此微小的尺度上见证重力的行为。这正是我们实验的想法。我们将把一些有史以来最大的物体置于量子态，并尝试观察它们的引力。

那些物体是什么?

摩尔：它们被称为微型钻石。钻石中有一种非常特殊的原子大小的杂质，称为“氮空位中心”，其中一个钻石原子缺失，而该空位旁边有一个氮原子。这种奇怪类型的杂质几乎是一个完美的量子系统，我们可以将其嵌入到头发丝宽度五十分之一的钻石晶体中。

我们想要将微型金刚石捕获在激光中，使它们悬浮在真空室的中心。我们拥有可以与钻石的量子部分“对话”的技术，并将其用作控制整个钻石质量的手柄，以观察重力的影响。

耶鲁大学在该项目中扮演什么角色?

摩尔：我们在耶鲁大学赖特实验室设有捕捉这些微粒的陷阱。我们通常将它们用于玻璃，而不是钻石。我们的实验室对可能具有微小电荷(电子电荷的百万分之一)的暗物质粒子进行了世界上最灵敏的搜索。我们可以控制陷阱内球体中电子和质子的确切数量。这正是我们想要在重力实验中做的事情。

什么可能会阻止您进行重力的量子测量?

摩尔：我们必须消除除重力之外的所有相互作用。引力是如此微弱，即使在这颗钻石上多一个电子，除了引力之外，你也永远没有机会看到引力纠缠。我们不仅努力制造这些微小的量子系统，而且还排除所有其他力量。

这项研究的某个方面是否在个人层面上吸引了您?

摩尔：这实际上只是试图了解世界是如何运作的。这就像问艺术家为什么做艺术一样。我们很多人都对了解宇宙的基本组成部分非常感兴趣。他们如何一起工作?这是一个足够重要的问题，如果我们能在我的一生中学到任何东西，那对我们很多人来说都会令人兴奋。