來自幾所大學的科學家正在合作進行一項名為”MAST-QG”的實驗，以確定重力是否具有量子特性。該實驗涉及在量子疊加狀態下懸浮微鑽石，旨在將廣義相對論和量子力學結合起來。儘管這項研究十分複雜，但它可能從根本上改變我們對引力的理解，並對物理學產生廣泛影響。

科學家正在開發一項實驗，以測試重力是否是量子形態的–這是我們宇宙中最深奧的問題之一。在描述原子和分子行為的量子力學中，物體的行為與我們所知的一切都不同：它們可以同時處於兩個位置的量子疊加狀態。廣義相對論和量子力學是我們對自然界最基本的兩種描述。廣義相對論解釋了大尺度的萬有引力，而量子力學則解釋了原子和分子的行為。

現在，科學家正在研究一種方法，透過在真空中懸浮微型鑽石來確定重力是否以這種方式運行，如果引力是量子的，它就會”糾纏”鑽石–這是一種有趣的現象，能以日常生活中不可能發生的方式將兩個物體緊密地連結在一起。

這項研究將有助於人們了解黑洞、宇宙大爆炸和宇宙的奧秘。

統一理論的挑戰

可以說，基礎物理學中最重要的未決問題是將這兩種理論結合起來的正確方法–確定萬有引力是否在量子層級上運作。雖然理論研究提出了許多可能性，但要完全理解萬有引力的行為，還需要進行實驗。

加文-莫利實驗室的雷射光束探測鑽石的量子特性。資料來源：加文-莫利

一百年來，關於重力量子性質的實驗似乎遙不可及，但現在，華威大學、倫敦大學洛杉磯分校、耶魯大學（美國）、西北大學（美國）和格羅寧根大學（荷蘭）的科學家將攜手研究這一難題。

他們的新想法是在真空中懸浮兩顆微鑽石，讓每顆鑽石同時處於兩個位置的量子疊加狀態。這種反直覺的行為是量子力學的一個基本特徵。

每顆鑽石都可以看成是一隻縮小版的薛丁格的貓。華威大學物理系首席研究員加文-莫利教授解釋說：”薛丁格的貓是一個思想實驗，它指出，如果日常物體（和寵物！）可以同時處於兩個位置的量子疊加狀態，那將會非常奇怪，我們想測試這個想法的極限。

原子和分子已經成功地進入了這種疊加狀態，但我們想用更大的物體來做這件事。我們的鑽石由十億個原子或更多原子組成。為了測試重力的量子性質，我們將尋找兩顆這樣的鑽石之間因重力而產生的相互作用。

如果引力是量子的，那麼它就能夠糾纏兩顆鑽石。糾纏是一種獨特的量子效應，在這種效應中，兩個事物之間的連結比我們日常生活中的連結更加緊密。例如，如果兩枚硬幣能夠糾纏在一起，那麼你可能會發現，每當你擲硬幣時，它們都會以相同的方式落地，即使事先無法知道它們是正面還是反面。 “

挑戰和影響

要實現這個想法還有很多挑戰，團隊將在專案期間對此進行研究。耶魯大學的戴維-摩爾博士說：”例如，我們需要消除奈米粒子之間除重力以外的所有相互作用，而重力又是如此微弱，因此這具有極大的挑戰性。 “

莫爾利教授是華威量子公司（Warwick Quantum）的創始董事，該公司是量子技術研究的一個新的跨學科倡議，他補充說：”對我來說，目前物理學中最重要的問題是開發一種能夠測試重力量子性質的實驗。這個新項目將加速我們實現這一目標的進程。 “

倫敦大學洛杉磯分校的蘇加托-博斯教授評論說：”對於物理學家來說，擁有能夠探究量子力學和廣義相對論正確結合方式的實驗，其意義之重大，無論怎樣強調都不為過。研究弦理論等量子重力理論的人通常關注高能量、黑洞附近和宇宙大爆炸時發生的事情。相較之下，我們的工作是在地球上的低能環境中進行的，但它也將提供有關引力是否是量子引力的寶貴資訊。此外，這項實驗還可以被視為驗證了任何量子重力理論在低能量情況下的一般性預測”。

格羅寧根大學教授阿努帕姆-馬祖姆達爾補充說：”在了解引力量子性質的道路上，我們或許能夠測試基礎物理學的其他方面，例如牛頓引力的短距離奇異偏差。 “

西北大學物理系副教授安德魯-杰拉西（Andrew Geraci）說：”這是一項具有挑戰性的實驗，該計畫是解決一些關鍵技術挑戰的探路者，使這些引力量子方面的測試成為現實。 “

該計畫名為”MAST-QG：見證重力量子本質的宏觀疊加”。

編譯來源：ScitechDaily