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你如何描述ER=EPR和AdS/CFT对应猜想之间的关系?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-01-15 09:03:49

EPR是以爱因斯坦、波多斯基和罗森的名字命名的,他们在1935年共同提出了这个猜想。这对当时新兴的量子力学科学构成了最严峻的挑战。他们的想法是指出,通过一个特定的思想实验,他们可以证明海森堡的不确定性原理可以被违背。违反不确定性原理意味着量子力学是不完整的。

爱因斯坦对量子力学所要求的经典物理概念的根本背离一直感到不舒服。与经典物理学或牛顿物理学不同,量子力学禁止同时确定一对经典共轭变量的两个成员。例如量子物体的位置和动量,另一个例子是时间上的测量粒子和它的能量。

海森堡的不确定度原理指出,人们可以希望精确地测量这一对变量中的一个,而测量的行为会在另一个变量中引起非常大的不确定度。由于测不准原理是量子力学的基础,所有受量子力学支配的物理现象都必须遵循这一原理。

EPR的思想实验提出了一个放射性原子核衰变的特殊情况,它释放出2个粒子或2个电子。我们把它们标为1和2。由于线性动量守恒,每个电子的运动方向都是完全相反的。现在让我们关注发射的1号电子,测量它的速度,也就是在它与源的固定距离处的线性动量。

因为电子2,有完全相同的能量和线性动量,它也会,和测量到的电子,一样,到达衰变的原子核的距离。这样我们就可以同时,确定电子2的位置和动量,而且精度相同,不会对它造成任何干扰。这显然显然违反了测不准原理。这篇论文和它预测的现象都被称为EPR。

关于量子力学的本质EPR是怎么说的?对电子1的位置和动量的测量立即导致对电子2的相同物理量的相应测量。由于狭义相对论禁止任何信息的传播速度超过光速,因此保留了所有物理现象的因果关系,很明显量子力学违背了因果关系。这是量子力学中提出的一个悖论。

这个悖论引起了量子力学界领袖们的热烈讨论,但当时还没有找到完全令人满意的解释。1964年,约翰·贝尔提出了一项决议。他用定理的形式表述了这个问题,现在大家都知道他的名字。

该定理对两个纠缠的量子粒子之间相互作用的性质作出了假设。它指出,如果纠缠可以被经典地描述,那么这个定理的不等式就会被遵守,如果它被证明是一个纯粹的量子力学效应,那么这个不等式就会被违背。

1981年,Alain Aspect成功地证明了对于两个最大的量子纠缠光子,这个不等式确实被违反了,两个量子粒子之间的纠缠在本质上是纯粹的量子力学。实验结果表明,与经典物理相反,量子力学是非局域理论,波函数坍缩是瞬时发生的。因为在波函数的非因果坍缩过程中没有信息被传递,所以因果关系得以保留。

1935年,爱因斯坦发表了另一篇论文,这次是与罗森(与EPR中的罗森相同)一起,探索了将爱因斯坦的广义相对论应用于一颗质量如此之大的恒星,以至于连光都能从它的引力场中逃逸出来。他们提出,这样的情况可能会导致一个穿越时空的虫洞的形成,它可以通过某种捷径将两个遥远的时空区域连接起来。本文及其预测的现象都是在两位作者姓氏首字母后出现的ER。

2012年,乔·波尔钦斯基(Joe Polchinski)和他的合作者研究了黑洞中的霍金辐射。霍金辐射是由视界附近黑洞的极强引力引起的。强场产生了由粒子-反粒子对组成的量子涨落。

这两颗黑洞中的一颗逃离黑洞,另一颗坠入黑洞。两个成员都是最大量子纠缠。所以霍金辐射的发射会导致被发射的粒子和落入黑洞的粒子之间的量子纠缠度的增加。他们将这种量子纠缠解释为与虫洞完全等价。所以他们推测EPR = ER。这还没有从数学上得到证实。

1997年,胡安•马尔达塞纳(Juan Maldacena)推测,对于五维反德西特空间(AdS)中的黑洞,人们可以在黑洞的平坦表面上定义某种类型的量子场论(QFT)。曲面理论是具有SU(N)规范不变性的最大超对称保形不变QFT。这是一个强耦合的理论。这个理论是由弦的闭合环振动引起的重力。这个理论是弱耦合的。这两种理论完全相等。

在两种截然不同的理论——一种没有重力,一种有重力——之间的这种等价性被称为标准重力对偶性或AdS/CFT。虽然它也没有得到数学上的证明,但它已经被用来做一些通常无法解析的计算。即使在数字上,也仅限于小样本。

其中一个例子就是计算强耦合夸克胶子等离子体的粘熵密度比。这种新形式的物质于2005年在布鲁克海文国家实验室首次产生。顾名思义,这种物质状态指的是夸克和胶子被定义,并以等离子体的形式存在,这种等离子体具有极低粘度流体的所有特征。

现实中的夸克胶子等离子体是用一种称为量子色动力学的非阿贝尔规范QFT来描述的。这个理论甚至不包含最小超对称性,它有一个SU(3)规范不变性。因此,AdS/CFT对偶性对夸克胶子等离子体的描述充其量是物理现实的近似。

与AdS/CFT二象性假设的零温度等离子体不同,真实夸克胶子等离子体的温度是有限的。我们可以通过假设在AdS/CFT二元性应用的5d反devSitter空间中有一个黑洞来解决这个问题。由于霍金辐射,黑洞的存在将提供一个有限的温度。如前所述,霍金辐射是提出ER = EPR猜想的原因。所以事实证明,在这个猜想和AdS/CFT对偶猜想之间有很深的关系。
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