【11】量子隧洞与凝聚态粒子团(公开/推衍)
量子隧洞并非量子隧穿,它是根据ER=EPR猜想推衍而来的设定。在量子力学里,量子隧穿效应(Quantum tunneling effect)指的是,像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为,尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。
超光速隧穿,多年来,对于粒子穿越位势垒所需的间隔时间这论题,物理学者们争执不休。简略计算可以获得超光速隧穿这理论结果,而近期一些实验似乎也确切观察到量子隧穿是一种超光速行为。但这不意味着信息传播速度也可达超光速,因此并没有违背狭义相对论的白纸黑字。
理论分析量子隧穿时间是一门很复杂的学问。在量子力学里,时间不是算符,而是参数,因此导致在对于测量两个量子事件之间的间隔时间,能量-时间不确定性原理给出的意义不很明确。
量子隧穿是量子力学里最奇特的现象之一,为了要找到正确解答,必须进行更多严格研究,但在本文中,量子隧穿过程是超光速的。
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量子隧洞的核心理论ER=EPR究竟是什么?
在物理学里,ER=EPR猜想表明,两个量子纠缠的粒子彼此之间的连结是一个虫洞(爱因斯坦-罗森桥)。“ER”是英文“Einstein–Rosen”(爱因斯坦-罗森)的简写,指的是爱因斯坦-罗森桥,其主要论题为连接两个黑洞的隧道的存在的可能性。“EPR”是“Einstein–Podolsky–Rosen”(爱因斯坦-波多尔斯基-罗森)的简写,指的是爱因斯坦-波多尔斯基-罗森吊诡,其主要论题为两个微观粒子彼此之间的量子纠缠关系。ER=EPR猜想意在揭露时空几何、量子场论、量子信息理论这几个学术领域彼此之间的关系。
2013年,斯坦福大学教授李奥纳特·萨斯坎德与普林斯顿高等研究院教授胡安·马尔达西那共同提出了ER=EPR猜想。 他们提议,连结一对黑洞的无法钻探的虫洞,即爱因斯坦-罗森桥,等价于这对黑洞的最大纠缠。如果这猜想正确,则虫洞与量子纠缠不是两个毫不相干的论题,而是同样拓扑理念的两种表现。这连结概念或许是量子时空的基础。
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推测分辨率
这是对 AMPS 火墙悖论的推测解决方案。是否有火墙取决于扔进另一个遥远黑洞的东西。然而,由于火墙位于事件视界内,因此不可能有外部超光速信号。
这个猜想是 Mark Van Raamsdonk的观察结果的外推,即一个最大扩展的 AdS-Schwarzschild 黑洞,它是一个不可穿越的虫洞,通过 AdS/CFT 对应关系与一对最大纠缠的热共形场理论是双重的。
他们通过证明在背景磁场中产生一对带电黑洞会导致纠缠黑洞,但在 Wick 旋转之后,也会导致虫洞,从而支持他们的猜想。
Susskind 和 Maldacena 设想将所有霍金粒子收集起来,并将它们混合在一起,直到它们坍缩成一个黑洞。那个黑洞会被纠缠起来,从而通过虫洞与原来的黑洞连接起来。这个技巧将一团混乱的霍金粒子——自相矛盾地与黑洞和彼此纠缠在一起——变成了两个由虫洞连接的黑洞。避免了纠缠过载,火墙问题也消失了。这个猜想与量子力学的线性相悖。纠缠状态是可分离状态的线性叠加。据推测,可分离状态没有通过任何虫洞连接,但这些状态的叠加是由虫洞连接的。
作者进一步推动了这一猜想,声称任何纠缠的粒子对——即使是通常不被认为是黑洞的粒子,以及具有不同质量或自旋的粒子对,或电荷不相反的粒子对——都由普朗克尺度虫洞连接。(本文中量子隧洞的核心依据)这个猜想导致了一个更大的猜想,即空间、时间和引力的几何是由纠缠决定的。
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凝聚态粒子团——玻色–爱因斯坦凝聚态粒子团
玻色–爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein condensate)简称玻爱凝聚态,是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态(物态)。这种大量具有玻色统计性质的粒子,如同原子“凝聚”到同一状态,称为玻色–爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation,BEC)。
1995年,麻省理工学院的沃尔夫冈·凯特利与科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170 nK(1.7×10−7 K)的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝态。在这种状态下,几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态,形成一个宏观的量子状态。
由于粒子团形成一个宏观的量子状态,这将使得通过量子隧洞传输宏观粒子成为可能。
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参考文献
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萨斯金德,伦纳德 (2016)。“哥本哈根 vs 埃弗雷特、传送和 ER = EPR”。Fortschritte der Physik.64 (6-7):551-564。arXiv:1604.02589.参考文献编号:2016ForPh.64.551S. doi:10.1002/prop.201600036.S2CID13896453。如果我们相信 ER = EPR 的雄心勃勃的形式,这意味着存在一个爱因斯坦-罗森桥,连接单个粒子的叠加波包。
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肖恩·卡罗尔(Sean M. Carroll)(2016 年 7 月 18 日)。“从量子力学中出现的空间”。一个相关的概念是 Maldacena 和 Susskind 的 ER = EPR 猜想,将纠缠与虫洞联系起来。从某种意义上说,我们通过给出一个距离作为纠缠函数的公式,使这个提议更加具体。
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