引力不是量子坍缩的原因

View of the headquarters of the Gran Sasso Laboratory, Italy. The largest underground physics center in the world, it studies the properties of subatomic particles from astrophysical sources. The experiments involve the detection of neutrinos, emitted by the Sun and supernovae explosions, high-energy particles in cosmic rays, and magnetic monopoles. The laboratory itself lies off a tunnel 1400 meters beneath the Gran Sasso massif in central Italy.

意大利大萨索国家实验室的一项地下实验表明,引力不太可能是量子坍缩的原因。

众所周知,单个微观粒子平时以几率波的状态占据空间:既在这儿,又在那儿,同时出现在两个地方。

按教科书说的,观察粒子的行为会使它 “坍塌”成单一的现实,随机出现在某个位置中的一个。但是把人类的观察的行为与物理事实搅拌在一起,就必然会牵扯出“意识”和“灵魂”之类的概念,甚至会动摇“客观事实”的基本理念。

即便量子力学真的完全正确,物理学家们对量子坍缩的机制也持保留态度。现在,量子坍缩最合理的机制之一——引力说——遭遇重创。

20世纪60年代,匈牙利的物理学家Károlyházy Frigyes和80年代的Lajos Diósi分别提出了引力假说。其基本思想是,同一个粒子处于空间中的不同位置,但粒子自身的引力场会跟着粒子同样处于不同的位置。源于不同位置的同一引力场,自身与自身之间相互接触和作用,导致量子态的坍缩。

牛津大学数学家,著名的罗杰·彭罗斯在20世纪80年代末公开支持这一假说,因为他认为,它消除了人类中心主义的概念,即测量本身以某种方式导致坍缩。”比起因为有人看(引发坍缩),它才是单纯的物理学概念。”

尽管如此,假说似乎不可能用任何现实的技术来探究——直到现在。新技术让一切变得可行。

坍塌粒子会随机旋转, 加热它所在的系统,”就像你踢了粒子一脚。”法兰克福高级研究所的桑德罗·多纳迪说。

如果粒子带电,它旋转时就会辐射出光子。而多个粒子在同一引力场中颠簸,就会同步辐射。

为了验证这一想法,研究人员用咖啡杯大小的锗晶体制造了探测器。他们寻找锗原子核中质子发出的过量X射线和伽马射线,这些射线在材料中产生电脉冲。

科学家们选择了这部分光谱,以最大限度地放大。然后,他们用铅包裹晶体,并将其放置在意大利中部的大萨索国家实验室地下1.4公里深处,以屏蔽其他辐射源。在2014年和2015年的2个月里,他们看到了576个光子,接近于自然产生的放射性物质所预期的506个。详细的实验报告前天发表在《自然·物理学》上。

相比之下,彭罗斯的模型预测说,应有7万个光子。所以该实验起码制约了引力坍缩假说——如果不是彻底否定的话。

彭罗斯对实验表示欣赏,但他认为这还不能否定他的模型。他在疫情封锁期间创造了一个新的改进模型。”它不会辐射出能量。”在这种情况下,重力可能会导致坍缩,然而却隐藏了自身的踪迹。(彭罗斯德高望重,现在的学术地位和威望略有点像当时年迈的爱因斯坦……就连做派都差不多。凭借超卓才智,当实验不支持自己的理论时,竟然硬把理论凹进去规避了实验结果)

新不伦瑞克罗格斯大学的理论物理学家Maaneli Derakhshani说,其他因素,如锗质子和电子之间的相互作用也可能掩盖信号。总之,如果重力确实会导致坍缩,那么这个过程必须比彭罗斯最初提出的模型更为复杂。”但理智的看法是,果汁不值得再榨一遍啊。”

原文:https://www.sciencemag.org/news/2020/09/one-quantum-physics-greatest-paradoxes-may-have-lost-its-leading-explanation

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