นักฟิสิกส์เขียนกฎควอนตัมที่ขัดแย้งกับจักรวาลของเรา

การแบ่งแยกที่สั่นสะเทือนทำให้เกิดฟิสิกส์สมัยใหม่ ด้านหนึ่งเป็นทฤษฎีควอนตัม

ซึ่งแสดงภาพอนุภาคย่อยของอะตอมว่าเป็นคลื่นความน่าจะเป็น ในอีกแง่หนึ่งคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ทฤษฎีของไอน์สไตน์ที่ว่าอวกาศและเวลาสามารถโค้งงอได้ ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วง เป็นเวลา 90 ปีที่นักฟิสิกส์ได้แสวงหาการประนีประนอม ซึ่งเป็นคำอธิบายพื้นฐานของความเป็นจริงที่ครอบคลุมทั้งกลศาสตร์ควอนตัมและแรงโน้มถ่วง แต่ภารกิจได้ดำเนินไปพร้อมกับความขัดแย้งที่เต็มไปด้วยหนาม

คำแนะนำกำลังเพิ่มขึ้นว่าอย่างน้อยส่วนหนึ่งของปัญหาอยู่ที่หลักการที่ศูนย์กลางของกลศาสตร์ควอนตัม ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับวิธีการทำงานของโลกที่ดูเหมือนชัดเจนจนแทบไม่คุ้มค่าที่จะพูดถึง การตั้งคำถามน้อยกว่ามาก

ความเป็นน้ำหนึ่งใจเดียวกันตามหลักการเรียกว่ามีบางสิ่งเกิดขึ้นเสมอ เมื่ออนุภาคโต้ตอบกัน ความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดต้องรวมเป็น 100% ความเป็นเอกภาพ จำกัด อย่างมากว่าอะตอมและอนุภาคย่อยอาจมีวิวัฒนาการไปในช่วงเวลาใด นอกจากนี้ยังช่วยให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงเป็นถนนสองทาง: เหตุการณ์ใดก็ตามที่จินตนาการในระดับควอนตัมสามารถยกเลิกได้ อย่างน้อยก็บนกระดาษ ข้อกำหนดเหล่านี้มีนักฟิสิกส์ที่มีคำแนะนำมายาวนานเนื่องจากได้รับสูตรควอนตัมที่ถูกต้อง “มันเป็นเงื่อนไขที่จำกัดมาก แม้ว่าในแวบแรกอาจดูเหมือนเล็กน้อย” Yonatan Kahnผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์กล่าว

แต่สิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยดูเหมือนเป็นโครงหลักอาจกลายเป็นเสื้อเกราะที่ขัดขวางนักฟิสิกส์จากการกระทบยอดกลศาสตร์ควอนตัมและแรงโน้มถ่วง “ความเป็นหนึ่งเดียวในแรงโน้มถ่วงควอนตัมเป็นคำถามที่เปิดกว้างมาก” Bianca Dittrichนักทฤษฎีจากสถาบัน Perimeter Institute for Theoretical Physics ในเมืองวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา กล่าว

ปัญหาหลักคือจักรวาลกำลังขยายตัว การขยายตัวนี้อธิบายได้ดีโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่มันหมายความว่าอนาคตของจักรวาลดูแตกต่างไปจากอดีตอย่างสิ้นเชิง ในขณะที่ความเป็นหนึ่งเดียวกันต้องการความสมมาตรที่เป็นระเบียบเรียบร้อยระหว่างอดีตและอนาคตในระดับควอนตัม “มีความตึงเครียดอยู่ที่นั่น และมันก็ค่อนข้างทำให้งงถ้าคุณคิดเกี่ยวกับมัน” สตีฟ กิดดิงส์นักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารากล่าว

ความกังวลเกี่ยวกับความขัดแย้งนี้มีมาหลายปีแล้ว แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมสองคนอาจพบวิธีที่จะคลายหัวเข็มขัดของความสามัคคีให้พอดีกับจักรวาลที่กำลังเติบโตของเรามากขึ้น Andrew StromingerและJordan Cotlerจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดให้เหตุผลว่าหลักการที่ผ่อนคลายกว่าที่เรียกว่า isometry สามารถรองรับจักรวาลที่กำลังขยายตัวได้ ในขณะที่ยังคงตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดซึ่งในตอนแรกทำให้รวมกันเป็นแสงนำทาง

“คุณไม่จำเป็นต้องมีความสามัคคี” Strominger กล่าว “ความสามัคคีแข็งแกร่งเกินไปของเงื่อนไข”ในขณะที่นักฟิสิกส์หลายคนเปิดรับข้อเสนอเกี่ยวกับภาพสามมิติ — บางคนถึงกับได้ข้อสรุปที่คล้ายกันโดยอิสระ — ความคิดเห็นก็ต่างกันออกไปว่าการอัปเดตนั้นรุนแรงเกินไปหรือไม่รุนแรงเพียงพอผลรวมคงที่ในชีวิตประจำวัน เหตุการณ์ต่างๆ ดำเนินไปอย่างรวมกันไม่ได้ ตัวอย่างเช่น การโยนเหรียญมีโอกาส 100% ที่จะขึ้นหัวหรือก้อย

แต่เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อน ผู้บุกเบิกกลศาสตร์ควอนตัมได้ค้นพบสิ่งที่น่าประหลาดใจ สิ่งหนึ่งที่ยกระดับความสามัคคีจากสามัญสำนึกไปสู่หลักการศักดิ์สิทธิ์ ที่น่าประหลาดใจก็คือ ในทางคณิตศาสตร์ โลกควอนตัมไม่ได้ดำเนินการด้วยความน่าจะเป็น แต่โดยตัวเลขที่ซับซ้อนกว่าที่เรียกว่าแอมพลิจูด แอมพลิจูดคือระดับของอนุภาคที่อยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่ง

มันอาจเป็นจำนวนบวก ลบ หรือจินตภาพก็ได้ ในการคำนวณความน่าจะเป็นของการสังเกตอนุภาคจริงในสถานะใดสถานะหนึ่ง นักฟิสิกส์ยกกำลังสองแอมพลิจูด ซึ่งกำจัดบิตจินตภาพและบิตลบ และสร้างความน่าจะเป็นเชิงบวก Unitarity กล่าวว่าผลรวมของความน่าจะเป็นเหล่านี้ (อันที่จริง กำลังสองของแอมพลิจูดทั้งหมด) ต้องเท่ากับ 1

 

Releated