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什么是量子泡沫?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-06-18 10:03:57

量子泡沫是约翰·阿奇博尔德·惠勒在20世纪50年代首次提出的一个术语惠勒作为核物理学家和尼尔斯·玻尔及其儿子一起工作,并参与了第一个热核武器的建造,但当这项工作完成后,他回到普林斯顿,他将注意力转向广义相对论,他确实非常有创造力,对他的学生有很大的影响。广义相对论在这一时期经历了一次伟大的复兴。

它们最初被想象成时空中球形或环形的电场和磁场束,它们拥有足够的能量密度,可以按照爱因斯坦-麦克斯韦方程将自己捆绑成这样的几何形状,并在一段时间内保持稳定,可能永远保持稳定,就像惠勒一开始想象的那样。

什么是量子泡沫

所以惠勒构想出了基本粒子的模型,在基本粒子理论极度混乱的时期,我们必须记住,在这个时期,量子场论几乎被完全抛弃人们开始提出非常疯狂的理论来解释在世界上最高能量的加速器中发现的丰富的基本粒子光谱。在20世纪60年代早期,这些加速器是BNL、CERN、AGS和PS的强聚焦质子同步加速器。

虽然惠勒和他的学生们在很多方面对它们进行了推广——包括添加了类似虫洞的拓扑结构,连接到平行宇宙,以及产生了可以不带电荷而带电荷的虫洞——因为电场线可以沿着虫洞被困住,就像连接到另一个宇宙一样。

这听起来像仙尘,我知道,对我来说,我不得不说,它似乎正是那样。但人们至少应该保持开放的心态。当然,惠勒也考虑到,引力本身可能通过在固定的空间拓扑结构中相互绑定一组重力波而产生一个geon。最基本的问题是,形成这种东西的环境非常有限,基本上只在宇宙之初发生,而且地下城也不稳定,会不断地泄露里面的东西。

尽管如此,他们还是做了很多有创意的思考,惠勒设想的其中一件事是量子涨落有望出现在量子引力理论的时空度量中。度规的波动将被期望成为与度规本身在长度和时间尺度上接近普朗克尺度和时间的同一阶。这是惠勒的建议,它可能是基于合理的考虑,当然,因为当时和现在都没有引力的量子理论——在这里,超弦理论学家会强烈反对我——他的建议是有问题的。

无论如何,惠勒总结说由于这些大的度量波动预计会在短的长度和时间尺度上发生可微时空流形的图像也会在这样的长度尺度上分解,剩下的将是快速波动的时空几何和拓扑,用某种波函数来描述。

这就是惠勒所说的量子泡沫。我认为它是否存在是个悬而未决的问题。在量子力学中,对理论相空间的不同拓扑结构进行求和显然不是一个合理的开始。另一方面,它也没有明显的错误。

这种想法很大程度上是基于GR量子理论的惠勒-德威特公式,这是一个哈密顿公式。然而,哈密顿交叉是非常困难的,涉及无限数量的约束。所以研究量子泡沫并不适合胆小的人。你需要投入。但是弦理论学家也必须承认,他们至少可以声称自己有一种量子理论,至少可以把GR作为一种极限情况。

除了这是个大问题,目前还没有确凿的证据证明超对称性,而超对称性在某种尺度上,无疑是弦理论的必要条件。量子泡沫是以太吗?好吧,可能不完全是这样,但是平坦闵可夫斯基空间的真空状态应该包括惠勒图中最短尺度的量子泡沫,我认为它是有可能通过观察单光子的相互作用被检测到的:可能会违反真空中的色散关系,这是由麦克斯韦方程暗示的。

有周期性的报道称,在来自遥远的blazar和伽马射线爆发的光线中看到了这种现象,但到目前为止没有任何证据支持。

我不完全清楚这是否应该是GR的哈密顿公式虽然不是明显的局部洛伦兹不变量但应该保持时空的非同构不变性。然而,这就是我想说的——量子修正可能会违反一个理论的经典对称性,这在粒子物理学的其他地方,在量子场论中是众所周知的。

然而,对于GR的量子理论来说,打破异型不变性对我来说似乎是一场灾难,并可能指出量子理论的不一致性。
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