不相容的世界观如何共存

Edge网站的创始人兼所有者约翰·布罗克曼(John Brockman)每年新年都会提出一个问题,并邀请公众回答。2012年的前沿问题是:“你最喜欢的深刻、优雅或美丽的解释是什么?”他得到了150个答案,并出版了一本书,这解释了一切(哈珀·柯林斯,2013)。这是我的贡献

我要解释的情况是,两种显然不相容的宇宙图景同时存在。一种是经典的世界观,认为我们的世界是我们所能看到和感受到的事物和事实的集合,受万有引力的支配。另一种是原子和辐射的量子图景,它们以一种不可预测的方式表现,由概率和不确定性主导。这两幅图似乎都是真的,但它们之间的关系是一个谜。

物理学家的正统观点是,我们必须找到一个统一的理论,把这两种图像都作为特殊情况。统一的理论必须包括引力的量子理论,因此被称为引力子的粒子必须存在,它结合了引力的性质和量子的不确定性。

我在寻找对这个谜团的不同解释。我问的问题是,a是否引力子,如果它存在,就可以被观测到。我不知道这个问题的答案,但我有一点证据可以证明答案可能是否定的。证据是一个装置的行为,叫做引力波探测器LIGO目前在路易斯安那州和华盛顿州运作。LIGO的工作方式是通过将光从一面反射到另一面来非常精确地测量两个镜子之间的距离。当引力波经过时,两个镜子之间的距离会发生很小的变化。由于环境噪声和仪器噪声,实际的LIGO探测器只能探测到比单个引力子强得多的波。但即使在一个完全安静的宇宙中,我也可以回答这个问题,一个理想的LIGO探测器是否可以探测到一个引力子。答案是否定的。在一个安静的宇宙中,距离测量精度的限制是由镜子位置的量子不确定性决定的。为了使量子不确定性变小,镜子必须很重。一个简单的计算,基于已知的万有引力定律量子力学,会得出一个惊人的结果。为了用LIGO设备探测单个引力子,镜子必须非常重,以至于它们会以不可抗拒的力量相互吸引,并坍缩成黑洞。换句话说,大自然本身禁止我们用这种仪器观察一个引力子。

基于这个单一的思想实验,我提出了一个假设,即单个引力子可能是任何可能的仪器都无法观测到的。

如果这个假设是正确的,那就意味着量子引力都是无法检验的,在科学上毫无意义的。的古典宇宙量子宇宙就能和平共处了。这两幅画之间没有不相容的地方。这两种宇宙图景都可能是真实的,而对统一理论的探索可能只是一种幻觉。

推荐阅读弗里曼-戴森2012年荣获亨利。庞加莱奖在国际数学物理大会8月。在这个场合,他发表了演讲。引力子是可探测的吗?”的PDF文件可在http://publications.ias.edu/poincare2012/dyson.pdf

弗里曼·戴森,自然科学学院名誉教授,1948年首次以会员身份来到研究所,1953年被任命为教授。bob苹果下载他在量子电动力学方面的工作标志着物理学的新纪元。他使用的技术构成了基本粒子物理和量子多体问题的大多数现代理论工作的基础。他在从数论到自适应光学等一系列惊人的课题上做出了非常原创和重要的贡献。