物理

量子物理学的新挑战

Né在将近100年前,量子物理学’a jamais été mise en défaut 和 est au cœ现代技术的心脏。但是困难és de son 口译员é坚持下去。他们有米ême suscité de nouvelles réflexions, 通过fois liées à un 其他problème majeur 和 tout aussi persistant: l’élaboration d’une thé引力的量子矿。

ÉtienneKlein和Carlo Rovelli 科学N°500
那只猫de Schrödinger

这些年来ées 1920, pour 经验值liquer le comportement assez é原子和粒子的奇异之处,物理学家有éveloppé引领他们的全新概念à早上换个角度思考è重新及其互动。广告écennie d’effervescence créatrice 和 d’紧张的工作足以’un petit 姓bre d’entre eux fondent l’量子物理学是有史以来最美丽的智力构造之一。这很快就取得了巨大的成功。ès, grâce à确认他的公关édictions 经验值érimentales précises。她今天’hui omnipré在我们的日常生活中感到 : dans l’é我们计算机中的电子设备élé手机,在我们的é缺口她也是à发出激光的来源’世界各地的信息。

然而,尽管é son succè不可否认,量子物理学仍然存在é在很多方面都是负面的,特别是因为édifice thé口语需要努力’interpré物理学家最大的困难és à mener à好。必须说é量子矿石问问题à la fois iné说和头晕 :如何理解其形式主义 ?它是公关的简单工具吗évoir les résultats d’une 经验值érience ? Quel statut confè随机干预détermination des résultats ? Donne-t-elle accès à une description de réalité du monde ?

如果我a physique quantique troubla tant, c’est 通过ce qu’elle échappait au cadre d’interpré古典物理学À tout systè我,古典物理学赋予属性été属于系统的è我(例如tel vé罗是蓝色和卷à 30 kilomè非常每小时),并且n’attribue pas de rôle fondamental à l’opé测量比率,其中n’est que l’中性和被动记录客观存在的数量(vélo est bleu, qu’我们看与否)。

Quand 爱因斯坦et Bohr s’opposent

另一方面,量子物理学似乎并没有共享« 本体论承诺 » aussi fort. D’abord, 她n’既不赋予粒子位置,轨迹,形状也不佳éterminées。然后,最重要的是,她放弃了à faire usage de l’idée, pourtant élé思维一致à给粒子一个réalité qui serait pleinement 印é悬而未决的手段’observer. É这是标志的框架’interpré经典风格être dé终于放弃了é ?或者相反’il manquait à这种新的物理学原理é考虑的食客« rentrer dans le rang » ?

C’围绕这些问题,物理学家尼尔斯·玻尔和阿尔伯特·爱因斯坦提出了友好而坚定的反对意见és l’un à l’autre. Bohr considé必须是量子物理学à bouleverser les thé故事说明了我们与什么之间的关系’on 姓me 通过 commodité(不多说)« la réalité »。爱因斯坦认为’il était prématuré以这种方式得出结论。 Père de relativité n’a jamais pré量子物理学ût 一个é假矿石,但据他说,éorie physique 别oit pas être jugée à l’凭借其唯一的功效é opératoire : 她doit aussi dé绘制r的亲密结构éel. Or, à他的眼睛,量子物理学,尽管é辉煌而无疑的成功ès 经验值é押韵,做对了çon satisfaisante.

尼尔斯·波尔(Niels Bohr) 和 Albert 爱因斯坦

尼尔斯·波尔(Niels Bohr) (à gauche) 和 Albert 爱因斯坦ont contribué à量子物理学的基础和à son 口译员é时间。他们面对é他们在d期间的对立看法ébats qui ont profondément marqué les dé此事的发展éorie,从而可以更好地理解它。 

©Wikimedia Commons /公共领域

作为一部分éorie quantique, 一个系统ème physique est dé由数学对象编写ématic,函数d’onde. Celle-ci s’écrit, en général,作为几个函数的总和ésentant chacune un é特定状态,影响é d’一定的系数– une « superposition » d’é可能的状态é相当于古典物理学。 théorie然后说知道函数d’onde, 我们e peut en général pas déterminer le résultat d’度量,但仅计算概率és d’obtenir tel ou tel rés在所有的ésultats possibles 先验, 只有一个是électionné, au hasard, 通过 l’opé测量比率。最后ère entraîne une « ré可能性的产生 » qui s’effectue d’un coup 和 de façon aléatoire.

现在,根据爱因斯坦的说法,é物理矿石必须’é至少从其原理中消除机会,即使不是从其构造中消除机会。然后爱因斯坦举行了à某种形式的« réalisme », l’idée d’un monde ré无论是否观察到,其中最微小的粒子都是客观存在的。现在,发现éalisme-là被量子物理学所折衷,他想émontrer qu’il existait des éléments de réalité que cette théorie n’est pas en mesure d’appréhender. Cette dernière serait donc 不完整ète, d’où cette impression d’une description fondée sur le hasard 和 别écrivant pas un monde qui existe 印épendamment de l’observation.

Pour 爱因斯坦e monde réel existe objectivement, que nous l’observions ou non

波尔,他,répugnait à considérer qu’il existât une réalité objective, 印épendante de l’测量装置。据他说,’une thé物理矿产étendre dé写,这些只是phénomè其他包括在他们的éfinition le contexte 经验值é辛辣的使他们表现出来。量子物理学’因此不需要’être amendée. Cette vision est à la base de ce qu’on 姓me l’interpré哥本哈根站(及其区别é细微差别的年金),端口ée由Bohr,Werner Heisenberg和d’其他人,谁长été considérée comme la seule faç我们可以构想量子物理学。

dé爱因斯坦和玻尔d之间的节拍émarra en 1927, à Bruxelles, lors d’un congrès Solvay, 一个公司nfé科学参考éunissait les plus 大 physiciens de l’époque. 爱因斯坦chercha 一个公司ntradiction dans les « relations d’海森堡不确定性 », qui concernent le comportement de 通过ticules quantiques 印ividuelles. Ces relations fondamentales de la théorie quantique s’表示为d’inégalité连接两个称为compl的数量的é精神,例如位置和速度。 céquence de ces inégalités est qu’il n’不可能知道î完美的尺寸émentaires en même temps. Mais à波尔的每一次进攻都成功à反论点d’Einstein.

1935年,讨论重新开始’un article signé 通过 爱因斯坦et deux de ses collègues,鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)。该文本包含有关以下方面的异议:’一个粒子,但是’一对粒子– dont 公关opriétés sont si étroitement liées que l’on 通过le de « particules 整型riquées » – 和 s’intitulait : « La description quantique de réalité physique peut-elle être considérée comme complète ? » Question à这三位研究者épondaient 通过 la négative.

他们的推理’appuie sur trois 假说èses. La première stipule que 公关é量子物理学是正确的。它没有’est pas question pour 爱因斯坦et ses collègues de considérer que la physique quantique est 一个é假矿石,他们只是质疑它的可可érence 整型erne.

第二ème 假说èse :没有影响可以比光传播得更快ère, conformément à relativité 资源treinte. Ce critère de localité仅仅意味着当两个évé事件离我们很远’空间如此近é是时候让光ère n’没有时间连接它们,这两个都没有évé需求不能作用于’autre; ils se déroulent alors « chacun dans son coin »,就像l’autre n’没有发生。如果我们应用暴击ère de localité粒子,意味着每个粒子都带有’est-à-dire « localement », 公关opriétés qui vont déterminer les résultats des mesures.

最后,最后的暴击ère, l’hypothèse de réalité, 印ique que si l’on peut pré肯定地说出d的值’une grandeur physique, alors 它存在e un élément de réalité物理匹配à这种伟大。找到的价值ée n’既不是幻觉也不是幻想ôme : un élément de réalité lui correspond né不可避免,形式主义必须’intégrer, sans quoi 他没有e serait pas complet.

L’argument EPR sème le trouble

Mises ensemble, ces trois 假说èses précisent ce qu’由...的概念’objet ré并靠近’一些常识和IDé经典物理学。基于这些论点,爱因斯坦,波多尔斯基和罗森认为érèrent une 经验值érience de pensée s’appuyant sur 一个系统ème constitué de deux électrons 整型riqués, créé通过将它们的速度和位置联系起来的过程éétablis. Plus précisément, les deux é电子朝相反的方向前进ées à la mê快我通过测量粒子1的速度,我们得到é将粒子2的速度降低到même instant 没有altérer son état;暴击之下ère de réalité,因此粒子2的速度为élément de réalité. En procédant de mê我的位置,我们到达à结论是粒子2的位置是également un élément de réalité。但是,这两个主张合在一起就违反了’indé海森堡的确定,根据它的位置和速度d’粒子不能être déterminées simultanément.

这一矛盾导致了三位研究者à结论是量子物理学’无法解决这些问题éléments de réalité(这里是位置和速度)。因此有必要考虑érer la théorie comme 不完整ète :哪个变量’没有出现在数学形式主义中ématic将携带这些信息,这些éléments de réalité. Ou alors, il faudrait 设想e la position 和 la vitesse ne sont pas des éléments de réalité;而且该措施éré粒子1 d上的eéterminerait, à distance, instantané在精神上,仿佛是一个奇迹« télépathie »爱因斯坦稍后会说),相对幅度à粒子2.此解决方案é在三位物理学家看来是不可能的,因为它违反了’hypothèse de localité和相对论é克制。那么量子物理学将是一个é所谓的非本地矿石。

为了更好地了解问题è我,让我们选择一个更接近我的插图’expé普通居民。假设我们有两张卡片,’une bleue, l’其他红色,我们将它们分别放在密封的信封中。ée. Mé让我们混合两个信封à l’看不见的,那就给一个à Paul 和 l’autre à朱丽叶。保罗打开信封时,他会é涵盖了他卡的颜色。 résultat qu’il obtient est évidemment corrélé avec celui qu’obtiendra Julie : si la carte de Paul est bleue, celle de Julie sera rouge, 和 inversement. Comment 口译员éter cela ?很简单地考虑é分别是保罗和朱丽叶的颜色étaient déjà fixées avant l’ouverture de l’enveloppe : cette action n’a fait que révé有一种情况不会’é保罗还不知道,但是谁était déjà 通过faitement déterminée.

对于爱因斯坦,波多尔斯基和罗森,量子理论遭受不完整的困扰

C’est ce type d’arguments que l’hypothèse de réalité d’Einstein condense : il y a un « élément de réalité physique » associé à此后朱莉(Julie)卡的颜色,但未打开’enveloppe qu’elle a entre les mains, 她est capable de la connaî是。他只需要问à Paul le résultat qu’il a obtenu 和 d’得出结论。

在d’autres termes, ce n’并不是保罗意识到自己固定的卡片颜色的事实é这种颜色,也不会有谁拥有éterminé我的朱莉卡的颜色’从第一个发送一些信息ère 信封 vers la seconde. Les deux cartes se trouvent avoir la couleur qu’他们凭借修复它们的共同原因ées lorsqu’elles ont été glissées dans les 信封s.

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此处显示了氢原子的六个不同的波函数,每个波函数都对应一个定义明确的能量。波函数确定电子存在的可能性 (在这里,区域越亮,电子在其中的可能性就越大)。

©Wikimedia Commons / PoorLeno

保罗和朱莉的卡案是évidemment un problèo经典自然ù la 通过t probabiliste (la carte de Julie 东-elle rouge ou bleue ?)在« mélange statistique »初始卡。如果是’un systè量子我两个électrons 整型riqués, c’是...的叠加é状态发挥作用,但是’爱因斯坦和他的两个同事ègues démontrent, c’est que l’application du critère de réalité à la thé量子矿石导致« paradoxe EPR » (d’aprè是三个签署者的缩写)。更多公关écisé,以保证éalisme 和 é避免冲突érence 整型ernes à la thé就是说,必须有量子物理学中没有的其他变量。因此,这种形式主义陷入了公然élit d’incomplé研究。因此,根据爱因斯坦等人的观点,它必须存在。ègues,对r的更好描述éalité que celui proposé由量子物理学。

Dé击败爱因斯坦-玻尔:一个问题âce à John Bell

Dè这篇文章的发表,Bohr décida de dé裂纹量子物理学’她是。但是他很快就知道’Einstein était extrê非常微妙,它的éfutation serait délicate. Bien sûr, réponse qu’il apportait à la question posée (la physique quantique 东-elle complète ?) était un oui sans é明确的,但他的论点似乎相当ôt感到困惑。无法’找出最小的错误’argumentation EPR, Bohr 原为 réduit à affirmer que 公关euves fournies 通过 爱因斯坦n’é不够强大,他的批评主要集中在ère de réalité他的对话者。

À vrai dire, ces débats n’intéressaient guè重新成为物理学家,因为他们没有’avaient pas d’影响他们的发çon d’使用量子物理学的形式主义’est-à-说做计算和公关édictions qui é仍然符合测量结果。 fécondité de la théorie quantique était mê我如此壮观,如此广阔’il n’apparaissait ni né对更好地理解它是必要或有用的。

但在1964年, Cern,公关ès de Genève, un physicien nord-irlandais du 姓 de John Bell, trè关注清晰度é概念,从根本上改变了形势,改变了世界é蝙蝠,最初是哲学上的问题ème de physique.

钟était au départ un physicien « réaliste » comme Einstein, c’est-à-dire qu’il 通过tageait 先验 他认为événements surviennent 印épendamment du contexte 经验值érimental de leur manifestation. Mais 他有remarqué有些好奇 : toutes les théories qui avaient été bâties jusqu’然后为了完成él量子物理学的形式主义’引入参数ètres supplé导师没有成功à satisfaire aux 假说èses de validité量子物理学与éalité qu’en violant l’hypothèse de localité !换句话说,这些éories é都是非本地的。

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Le physicien John 钟a formulé les inégalités qui portent son 姓, en 1964. Des 经验值ériences, notamment celles d’Alain Aspect 和 ses collègues au début des 安ées 1980, 已经显示é que ces inégalités sont violées. 这个résultat implique que la thé量子矿石是非局部的.

©Cern

S’agissait-il d’这些缺陷éories 通过ticulières ? Ou bien était-ce une propriété géné万事通éories à 通过amètres supplé人们可能’être construites ? C’是贝尔想知道的。À令他惊讶的是,他成功了à dé表明在所有情况下,无论çon de s’y prendre, aucune théorie prétendant décrire réalité ne pourra 资源pecter le critère de localité.

钟alla plus loin en proposant des situations 经验值érimentales où量子物理学会给公关édictions différentes d’une théorie prétendant la compléter en 资源pectant l’hypothèse de localité, grâce, 通过 exemple, à l’介绍什么’on 姓me des « variables cachées locales ». La controverse entre Bohr 和 爱因斯坦allait pouvoir être tranchée au 劳工atoire !

实际上,在début des 安ées 1980, une é研究团队’Institut d’optique d’Orsay, dirigée由Alain Aspect提供,法力值à bien une série d’expé遇到纠缠的光子és, qui 显示a qu’en l’发生,这些是公关é量子物理学的命令,例如’是义人,而不是义人é竞争的故事。在définitive, c’是全班的éories ré在那里的当地名单à réfutée. Par la suite, d’autres 经验值ériences plus précises 和 plus élaborées, mené既有光子,也有物质粒子。ère, dé他们也将展示çon irréfutable, l’absence d’é逃生路线éories à 隐藏的变量ées locales.

thé量子矿石是非局部的

然后我们必须承认角色è非本地人é量子矿石’这是否意味着 ?这意味着在某些情况下,过去相互作用的两个粒子é有联系,表明彼此之间的距离,无论多么远,n’不减弱。怎么了à l’une des deux est irrémédiablement associé (intriqué) à ce qui arrive à l’autre, 通过 l’entremise d’une connexion étrange, sans é相当于普通世界,因为它不é不跟随’une information à距离。配对形式ée由两个粒子具有性质étés globales que n’没有单个粒子。这个酸碱度énomène é奇怪强加放弃éfinitivement à 口译员é内在意义上的三重量子物理学ées d’Einstein. En 通过ticulier, 他没有’没有办法完成é隐变量的三重量子物理学ées locales.

这个résultat a été une grande avancée dans la compré量子物理学。不éanmoins, de 姓breuses difficulté仍然是物理学家和哲学家的概念’explorer. Pour certains, la physique quantique, dans son 口译员étation 通过 l’é哥本哈根学校,是零下éorie physique qu’有效的一套« recettes » pour calculer des ré测量结果。但是,作为déjà Bell, cet ensemble de 食谱 n’不少,他本人ême, problématique. Pourquoi l’观察者玩Rôle si important ? Pourquoi l’措施的行为导致’d函数崩溃’onde 在我’其组成部分之一 ? Ou encore, pourquoi 一个系统è宏观上我从不表现出’états ?

数日é物理学家们试图épasser l’interpré哥本哈根站应对这些困难és. En 经验值lorant plusieurs pistes.

Plusieurs 口译员étations

Évoquons ici les quatre directions principales 经验值lorées pour résoudre les difficulté量子物理学的概念。第一ère 约oche reprend le principe des 隐藏的变量ées, c’est-à-dire l’idée que la physique quantique est 不完整ète 和 qu’有结构上不可能的变量à mesurer. Pour être cohérente avec les phénomènes d’intrication (et donc avec les 经验值ériences d’Alain Aspect),这些变量的动力学必须是ûr être non locale.

最好的éories à 隐藏的变量ées est la thé奥里·德布罗意-博姆’abord suggéré法国物理学家çais Louis de Broglie en 1927 sous le 姓 de théorie de l’onde pilote, en s’受二元性原则启发é onde-corpuscule qu’il avait énoncé quelques 安ées plus tôt. Elle a ensuite été précisée en 1952 通过 l’Américan David Bohm。在这个框架中,每个粒子都是dé由其在’空间和伴随波ée,这是cach变量ée,它指导粒子的运动。在这个éorie, réaliste au sens d’Einstein, l’évolution est continue sans d函数崩溃’onde. L’indé量子术语论只是我们对隐藏变量的无知的表现ées.

L’intrication est 一个公司nnexion étrange, sans équivalent dans le monde ordinaire

一秒ème voie, 通过ticulièrement osée, est l’interpré基于多个世界的ées publiées于1956年由物理学家amé里克·休·埃弗里特。À每项措施,每一项公关é可能的命令是é变态,但在差异世界中érents. Il n’所以永远不会’d函数崩溃’onde. La réalité会比那大得多à我们可以访问的ès. L’indé术语主义将是我们对我们在这个地区的位置的无知的表现。éalité élargie : toutes 公关édictions de la théorie seraient réalisées,但我们会占据« branche » de réalité,这样我们只会看到’un seul des ré所有这些中的结果 先验 可能。

三分之一ème possibilité 就是它a physique quantique n’est pas cohé年金本身,因为它只会是’une 约oximation d’une thé更基本的矿石à复杂的非线性动力学éaire que nous n’尚未直接观察ée。这个动态是éalisable de différentes faç继续例如,物理学家Giancarlo Ghirardi,Alberto Rimini和Tullio Weber提出了é en 1986 un mécanisme, dit de ré动态归纳法çon aléatoire l’d函数崩溃’波。对于单个粒子,l’d函数崩溃’onde serait un événement trè很少见,平均每十亿次发生一次’années。但是在包含l的宏观对象上’ordre de 1023 通过ticules, on 将有souvent des effondrements, de sorte qu’un état non superposé se dessinerait.

第四个ème possibilité最后是最chère à l’un d’我们之间(Carlo Rovelli),谁’a proposée en 1994. L’idée是要照原样做量子物理学,c’est-à-说不添加隐藏变量ées且无上诉à多个世界或à不可观察的动态ée。明显的自相矛盾的方面é会产生矿石és 通过 le fait qu’我们忘记考虑角色èd的所有物理量的相对écrivent 一个系统è我。他们总是éfinies relativement à un 其他système physique (de la même façon que la vitesse d’un objet est dé仅在关系上有限à另一个对象)。这个interpré量子物理学的名称ée 口译员étation « relationnelle », s’激发相对论é克制。因此,对于观察者来说,ème est 合而为一seul état suite à l’d函数崩溃’onde, il pourrait ê仍然处于’é为另一个观察者陈述。的états 别écrivent pas le système observé lui-mê我,但系统之间的关系ème 和 l’observateur.

更好理解量子物理学的这四个途径éanmoins toutes un coût conceptuel élevé :每个人都需要放弃à quelque chose qui n’est pas facile à abandonner. théOrie de Broglie-Bohm碰撞à certaines difficultés quand on veut l’associer à la théorie de relativité限制与需求’accepter qu’une 通过tie de réalité原则上是不可观察的。大号’interpré多世界化的要求’imaginer qu’会有无限é无法从r层到达éalité, sans compter qu’il n’est pas aisé连接这些多个世界à notre 经验值érience. Les théories de ré动态诱导涉及phénomène d’effondrement spontané de la fonction d’onde que l’on n’a pas observé dans les 经验值ériences. L’interprétation 关系的 nous empêche de dé完整地写出物理世界é :我们只能é写一部分世界亲戚à une autre.

L’épreuve de la 爬é quantique

之间的讨论éoriciens qui défendent l’une ou l’这些曲目中的其他曲目(或d’还有其他)通常非常ès animées。话虽如此,正如物理学家am所建议é理查德·费曼(Richard Feynman) : « Les lois plus générales de la physique admettent souvent des formulations 和 des 口译员étations très diffé年金;但是很好éOrician必须知道如何全部使用它们,因为没人知道哪一个évé这将是最有效的。  »这种态度也许是ê成为最值得推荐的à-vis des difficulté量子物理学的概念。只有延续’历史可以告诉我们d中有什么éfinitive l’interpré这将被证明是最有效和有用的。 d’autant qu’il est 广告omaine d’é研究将à l’épreuve les différentes 口译员é量子物理学。 VS’est celui qui vise à construire 一个é引力的量子矿。

在他们当中théories inconciliables  ?

XXe siè关键,研究人员很快注意到ç我们两个伟大的进步ées de la physique, la physique quantique 和 relativité géné罗音,很难à和解。虽然在大多数情况下确实有可能不考虑érer qu’une seule de ces théories, l’absence d’une théorie quantique de la 爬ation nous empê切了解一些酸碱度énomènes réels,就像在c发生的事情œ乌黑洞或début de l’Univers.

两种最有希望的途径élaborer 一个éorie de « gravité quantique » sont la théorie des cordes 和 celle de la 爬ation quantique à循环。如果先ère suggè关于粒子不是准时而是微小的振动弦,第二个假设’espace-temps lui-même est sujet à tous les phénomè其他的量子物理学,é尤其是’空间不是连续的,而是离散的étisé :面积和体积成为量化数量ées, qui ne peuvent ê任意小。

这些éories ont connu d’importants développements s’étendant 通过fois au-delà de la seule question de la 爬é量子,具有辐射ées, 通过 exemple, en mathé数学或垫物理ère condensée.

大约还有十个’années,科学家认为énomènes de 爬ation quantique étaient hors de portée des 经验值ériences, de sorte qu’il était impossible d’obtenir le moindre 印ice empirique permettant d’了解有关自然的更多信息éelle de la 爬é量子。但是这种印象é是部分错误的,因为’ont 显示é plusieurs 经验值é会议和观察écentes.

大型强子对撞机 (大型强子对撞机), Cern,les physiciens accélèrent des protons à速度接近光速è重新使其正面碰撞,从而产生碰撞à haute énergie d’où étr的大量粒子ès courte durée de vie. C’est ainsi qu’ils ont confirmé l’希格斯玻色子的存在,在2012年,圆周率èce jusque-là manquante du modè粒子物理学的标准。这个modèle, développé à 通过tir des 安ées 1960, décrit les 通过ticules fondamentales 和 leurs 整型eractions, mais 他没有e tient pas compte de la 爬ation 和 laisse ouvertes certaines questions théoriques.

许多社区é scientifique était convaincue, à 通过tir d’arguments théoriques, qu’il était possible d’étendre de façon trè简单自然的modèle standard grâce à la supersymétrie (une symétrie 假说é在整个旋转的粒子和半旋转的粒子之间打勾)。这个mod扩展è该标准暗示’新粒子的存在’on pensait ê能够生产和’observer au 大型强子对撞机。 此外,é弦乐的基础在于超符号étrie 和 une dé超符号的检测étrie au 大型强子对撞机 将有été une 印ication 整型é赞成这个想法éorie. Or une telle détection n’没有发生。但是Déjà, les scénarios supersymé最自然的été exclus. Dès lors, l’absence de supersymétrie au 大型强子对撞机 n’est pas une bonne nouvelle 经验值érimentale pour la théorie des cordes.

很多国防部èles ont été éliminés

théorie des cordes 和 la 爬ation quantique à boucles ne sont pas les seules pistes pour une 爬é quantique. D’autres ont été 经验值lorées 和 ont 通过fois été困难重重é 通过 l’expé力量。例如,2009年,PetrHořava’université de Californie à Berkeley, 关于é un modèle de 爬é量子破’洛伦兹不变性,符号étrie mathé我的数学依据’absence de référentiel privilégié en relativité 资源treinte.

动机és 通过 ces spé计算,天文学家寻求é les signes d’une brisure de l’洛伦兹不变性’宇宙,例如测量宇宙射线的速度。 résultats ont été nets : non seulement 我们’a trouvé aucune 印ication d’打破了这种不变性,但它具有été confirmée jusqu’à des échelles d’énergie supérieures à那些特征éristiques de la 爬ation quantique. La 爬édeHořava和整个mod班èles prédisant 打破’洛伦兹不变性因此陷入困境é.

自2015年以来,新窗口être d’observation de l’Univers s’est ouverte. La détection 通过 les collaborations 利高处女座 d’引力波,振动’espace-temps, ont été 一个公司nfirmation é相对论爆发é géné罗勒但是她做得更多。在2017年étection simultané引力波和électromagné由两个合并产生的刻度étoiles à neutrons a 显示é这两种类型的’ondes se propagent à la mê我的速度(与très petite marge d’erreur). 这个ré苦恼é de 姓breuses théories de 爬é modifiée,相对论的竞争者é géné罗勒这些有été proposées解释一些像l’expansion accélérée de l’Univers ou la matiè重新变黑,但他们公关é经常看到两种类型的速度’ondes doit être diffé年金。再一次,自然告诉我们,某些研究方向’é不是正确的。什么n’empê车不是那样,要找出来,有必要ême les 经验值lorer.

最后,一个é对重力很重要的经验结果é量子来自宇宙学 : la mesure de l’expansion accélérée de l’宇宙。这种动力很好écrite 通过 les é相对论é générale quand elles incluent 一个公司nstante, la « 宇宙常数 »,在这种情况下为正值。但是在é弦的原点,这个常数自然是né主观,与观察相矛盾。尝试去’adapter la théorie des cordes à 一个公司nstante cosmologique positive existent, mais 资源tent très controversées. Les 经验值é减少fa的领域çon dé终极在科学中是罕见的 : en général, les 假说è它在获胜中的成败édibilité en fonction de l’accumulation d’indices vérifiés ou non. Le fait que la 宇宙常数 soit de signe contraire à ce que la thé弦的原点已表明é削弱了以下的信心’在这个轨道上可以有人。

需要的愿景écise

这些差异érents exemples de résultats observationnels 和 经验值é变使我们在可以être la 爬é量子。因此,spécialistes de la théorie des cordes qui, dans les 安ées 1980, pensaient ré迅速解决问题ème de la 爬é quantique ont dû回顾他们的目标。

L’approche de la 爬ation quantique à boucles a été moins ébranlée 通过 ces données récentes. Cependant, les chercheurs travaillant sur cette piste sont moins 姓breux 和 il faut encore fournir un effort considé能够获得公关é定量命令可能’être confrontées aux 经验值ériences.

En 通过ticulier, deux phénomènes concentrent une grande 通过tie de l’引起物理学家的注意。 d’abord, la théorie suggère que le 大爆炸 将有été un « grand rebond » (大弹跳 用英语),éMartin Bojowald在2007年获得的结果,今天’hui à l’université d’É宾夕法尼亚州。跟随这个IDée, un préunivers 将有été en contraction, s’effondrant sur lui-même. Mais à cause du caractère discret de l’espace, lorsqu’une densité critique a été达到,反弹本来可以扭转é动态和返回é l’Univers en 经验值ansion. Le cosmos ne serait donc pas né d’une singularité de densité infinie.

跟随一个IDé类似的,黑洞也可能« rebondir »转变为« trous blancs » (des objets prédits 通过 relativité géné罗勒,仍然没有观察到és). L’我们之一(Carlo Rovelli)和他的同事ègues正在积极工作à dé这些反弹的完整观察标记,尤其是在宇宙弥散背景下(辐射émis 通过 l’Univers quand 他没有’只有380,000年的历史),并处于宇宙射线中。的éventuels 白洞 produits 通过 des trous noirs primordiaux pourraient même être 一个公司mposante de la mystérieuse matière noire.

无论什么正确的表述éorie de la 爬ation quantique, 她est, en tout cas.... quantique ! Elle hé因此会有困难é量子物理学的概念,可能是être même exacerbées. Car ce ne sont pas seulement les 通过ticules qui pourront se trouver dans une 分层 d’états ou en 整型rication, mais aussi la géométrie de l’espace-temps elle-même.

关于...的问题’interpré量子物理学 la plus adaptée à la 爬é尽我们所能’y attendre, les théoriciens sont divisés. L’idé他的多个世界深受某些人欢迎« cordistes », tandis que l’idé那个量子物理学évèle une structure 关系的 de réalité a plutô受到支持者的青睐éorie des boucles, historiquement plus proche de relativité générale, laquelle a déjà un fort contenu « relationnel ».

La 爬ation quantique héritera des problèmes conceptuels de la physique quantique

少数éOricians也正在探索’idé那两个问题之间的联系èmes puisse ê更深入。例如,物理学家和数学家é英国数学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)建议éré que ré动态感应罐être un phénomène d’引力的起源。这个编号é基于事实étrange 和 整型rigant : l’é自然相关的长度尺度ée à量子引力(« longueur de Planck ») est extrêmement petite 和 l’échelle d’énergie (l’ « énergie de Planck ») est extrê很高,但是’é自然关联的质量标度ée à量子引力(« masse de Planck ») est de l’微克的数量级,这个值奇怪地接近于区分系统的值èmes « petits  » (où系统的量子效应是明显的èmes « grands »,具有经典行为,而不是量子行为。小号’agit-il d’une coïncidence ou de l’indice d’引力与问题之间的深层联系ème de l’interpré量子物理学 ?我们还不知道。

一个新的génération d’expériences

Des 印ices utiles pourraient venir d’expériences 在我aboratoire qui sont à l’étude 和 seront peut-être réalisées 合而为一原为ur proche. Trois équipes ont ainsi récemment proposé协议将à l’é证明了引力的量子性质。来自Markus Aspelmeyer的小组’université来自奥地利维也纳和Sugato Bose,来自’University College, à Londres, 和 印é同时Chiara Marletto和Vlatko Vedral,来自’université d’Oxford, ont proposé des 经验值é会议能力é显然是两个g的量子叠加éométries différentes de l’espace-temps.

L’idée est d’observer l’intrication quantique de deux 通过ticules 后ès已将每个d’elles dans 一个公司nfiguration qui serait la 分层 quantique de deux positions différentes. L’纠缠将是因果关系ée 通过 la 分层 quantique de deux versions de la géométrie de l’时空,由于差异érentes positions des 通过ticules.

如果我’expérience devait 显示e l’espace-temps ne peut pas se mettre dans une 分层 quantique d’états, cela 印iquerait une relation nouvelle 和 profonde entre 爬ation 和 quantique, peut-être le long des idées suggéré由Roger Penrose撰写。相反,如果在我们认为最可能的情况下,’effet d’观察到纠缠é, alors celui-ci té会抱怨我们的世界不会’est pas dessiné sur la toile d’un espace-temps donné : il serait lui-même sujet aux mystè量子物理学。

Des 经验值ériences de 爬é quantique

Des 经验值ériences de 爬é quantique

Pour comprendre comment concilier la force 爬ationnelle 和 la physique quantique, plusieurs é愚蠢的物理学家团队çoivent des 经验值ériences capables de mesurer des champs 爬ationnels avec une précision extrême afin d’y dé隐藏量子行为。他们特别èrent voir ainsi des 通过ticules dans des configurations de 分层 quantique de deux positions diffé年金和影响’intrication.

一种ÉTAPE PRÉ简介:测量重力场

在L’expérience proposé由物理学家Markus Aspelmeyer撰写,l’idée是放一个球ère 合而为一état de 分层 de deux positions spatiales différentes simultanées 和 de voir si le champ 爬ationnel associé à这个质量也是éparé成两半。要观察这种影响,有必要’abord 广告ispositif capable de mesurer avec précision le champ 爬ationnel de 小 objets (这里sphères en or). Dans cette 经验值érience, un électroaimant couplé à un 资源sort fait vibrer une sphère. Par la seule force 爬ationnelle, la seconde sphère, posée在类似的微杠杆(悬臂)上à ceux utilisé在显微镜下à原子力,应该振荡。物理学家特别是è让我们衡量一下这种微小的影响。

L’EXPÉ马库斯·阿斯珀米尔(RIUS)

L’équipe mettra une sphère (紫色) 合而为一état de 分层 de deux positions grâce à un laser. Le champ 爬ationnel de cette sphère sera alors aussi dans une 分层 d’é状态,并将有两个空间分布。 sph如何ère test (绿色) 整型eragira avec ce champ ? L’互动可以étruire la 分层 d’états, ce qui serait un signe de la nature classique de la force 爬ationnelle. Ou bien la 分层 pourrait persister 和 conduire à 一个系统ème 整型riqué des deux sphères, ce qui confirmerait la nature quantique de la force 爬ationnelle.

一种SECONDE 经验值É范围:免费坠落

在他们当中équipes (d’一方面,Sougato Bose和他的同事ègues, d’另一方面,Chiara Marletto和Vlatko Vedral提出’essayer d’intriquer des é两颗相距100微米的自由下落钻石中的电子è非常。粒子n’interagiraient que 通过 le champ 爬ationnel des deux diamants. Une corrélation dans 公关opriétés des é电子会确认l’établissement de l’intrication 和 la nature quantique de la 爬ation.

©本吉利兰德

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