我國(guó)“墨子號(hào)”衛(wèi)星首次太空實(shí)驗(yàn)嘗試結(jié)合量子力學(xué)與廣義相對(duì)論

近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、美國(guó)加州理工學(xué)院、澳大利亞昆士蘭大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家合作，利用我國(guó)“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星對(duì)一類預(yù)言引力場(chǎng)導(dǎo)致量子退相干的理論模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。這也是國(guó)際上首次利用量子衛(wèi)星，在地球引力場(chǎng)中對(duì)嘗試結(jié)合量子力學(xué)與廣義相對(duì)論理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。北京時(shí)間9月20日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了該成果。

量子力學(xué)和廣義相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。近百年來，國(guó)際科學(xué)界試圖融合量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的工作遇到極大困難。在目前已知的四種基本相互作用中，電磁、弱相互作用和強(qiáng)相互作用都已量子化，而且已經(jīng)統(tǒng)一，唯有關(guān)于引力作用的量子化問題一直懸而未決。目前，關(guān)于如何融合量子力學(xué)和引力理論的討論，模型眾多，但都缺乏實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

近年來，有澳大利亞學(xué)者提出了一個(gè)“事件形式”理論模型，探討了引力可能導(dǎo)致的量子退相干效應(yīng)，并提出一個(gè)現(xiàn)實(shí)可行的試驗(yàn)方案。該方案預(yù)言，糾纏光子對(duì)在地球引力場(chǎng)中的傳播，其關(guān)聯(lián)性會(huì)概率性地?fù)p失。

（資料圖）

我國(guó)發(fā)射的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”正是檢驗(yàn)這一理論的理想平臺(tái)。近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志、范靖云等與美國(guó)加州理工學(xué)院、澳大利亞昆士蘭大學(xué)等單位的科研工作人員合作，在國(guó)際上率先在太空開展引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，對(duì)穿越地球引力場(chǎng)的量子糾纏光子退相干情況展開測(cè)試。

通過一系列精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論分析，他們的實(shí)驗(yàn)令人信服地排除了“事件形式”理論所預(yù)言的引力導(dǎo)致糾纏退相干現(xiàn)象；在實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，該工作對(duì)之前的理論模型進(jìn)行了修正和完善。修正后的理論表明，在“墨子號(hào)”現(xiàn)有500公里軌道高度下，糾纏退相干現(xiàn)象將表現(xiàn)得比較微弱，為了進(jìn)一步進(jìn)行確定性的驗(yàn)證，未來需要在更高軌道的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展研究。

據(jù)悉，這是國(guó)際上首次利用量子衛(wèi)星在地球引力場(chǎng)中對(duì)嘗試結(jié)合量子力學(xué)與廣義相對(duì)論的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，將極大地推動(dòng)相關(guān)物理學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究。