圈量子引力的回顾

量子力学发展及成就量子力学量子力学（英语：Quantum Mechanics，或称量子论）是描述微观物质（原子，亚原子粒子）行为的物理学理论，量子力学是我们理解除万有引力之外的所有基本力（强相互作用，电磁相互作用，弱相互作用，引力相互作用）的基础。

量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。

量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。

量子力学是描写微观物质的一个物理学理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。

量子力学是许多物理学分支的基础，包括电磁学，粒子物理，凝聚态物理，以及宇宙学的部分内容。

量子力学也是化学键理论（因此也是整个化学的基础），结构生物学以及电子学，信息技术，纳米技术等学科的基础。

一个世纪以来的实验和实际应用已经充分证明了量子力学的成功和实用价值。

1．关键现象1.1光与物质的相互作用1.1.1黑体辐射E= nhνn这里n是一个整数，h是一个自然常数。

（后来证明正确的公式，应该以n+ 1 / 2 来代替n，参见零点能量）。

1900年，普朗克在描述他的辐射能量子化的时候非常地小心，他仅假设被吸收和放射的辐射能是量子化的。

今天这个新的自然常数被称为普朗克常数来纪念普朗克的贡献。

其值为Js 。

1.1.2光电效应在光电效应中这个能量被用来将金属中的电子射出（功函数）E w和加速电子（动能）：这里m是电子的质量，v是其速度。

假如光的频率太小的话，那么它无法使得电子越过逸出功，不论光强有多大。

照射时间有多长，都不会发生光电效应,而入射光的频率高于极限频率时,即使光不够强,当它射到金属表面时也会观察到光电子发射.1.2原子结构20世纪初卢瑟福模型是当时被认为正确的原子模型。

这个模型假设带负电荷的电子，像行星围绕太阳运转一样，围绕带正电荷的原子核运转。

量子力学与月亮之谜：科学家如何通过量子纠缠解释不可思议的现象引言：月球的秘密与量子纠缠的奇遇自古以来，皎洁的月亮就牵动着人类的心弦。

它不仅是诗人吟咏的对象，也是科学家探索的宇宙奇观。

关于月球的起源、年龄、背面以及引力等谜团，一直是科学家们孜孜不倦的研究课题。

而与此同时，量子力学，这一20世纪最伟大的科学发现之一，也为我们揭开了微观世界的奇妙面纱。

尤其量子纠缠这一概念，更是以其“鬼魅般的超距作用”颠覆了我们的传统认知。

那么，看似风马牛不相及的月亮和量子纠缠之间，是否存在某种神秘的联系呢？能否通过量子力学的视角，为我们揭开月球的一些古老谜团？带着这些疑问，我们展开一场探索之旅，试图将天文学和量子物理学这两个看似遥远的领域连接起来。

本文将从量子纠缠的基本概念出发，深入探讨其在微观世界的神奇表现。

随后，我们将聚焦于月球的诸多谜团，并尝试利用量子纠缠理论来解释这些现象。

通过对大量科学实验数据和理论模型的分析，我们试图构建一个全新的视角，来审视月球与宇宙的关系。

本文的目的是：•深入浅出地介绍量子纠缠的概念及其在现代物理学中的重要地位。

•回顾月球研究的历史，总结月球上存在的诸多未解之谜。

•探讨量子纠缠与月球现象之间的潜在联系，提出一些新的科学假说。

•展望未来，探讨量子力学在月球研究和宇宙探索中的应用前景。

第一章：量子纠缠的奇妙世界1.1 量子纠缠的概念量子纠缠，这个听起来有些拗口的词语，描述了一种在量子力学中极为特殊的现象。

简单来说，当两个或多个粒子处于纠缠态时，无论它们相隔多远，一个粒子的状态发生变化，另一个粒子也会瞬时发生相应变化。

这种超越时空的关联，就好像一对双胞胎，无论相隔多远，都能心有灵犀。

类比：我们可以把纠缠的两个粒子想象成一对连在一起的手套。

当我们把手套分开，无论它们相隔多远，只要一只手套是左手，另一只就一定是右手。

1.2 量子纠缠的实验验证量子纠缠并不是一个虚无缥缈的概念，它早已被无数实验所验证。

一、修正引力理论。

引力是我们都很熟悉的一个概念，广义相对论是已知最精确的一个引力理论，而在弱在太阳系的范围内，以及黑洞合并辐射出的引力波中，广义相对论都有着非常出色的表现。

但是在宇宙尺度下，广义相对论依然适用吗？如果我们选择相信它，那么为了解释星系和星系团的高速自转，就必须发明一种全新的物质形态：暗物质。

同样地，为了解释宇宙正在加速膨胀，我们也必须提出另一种神秘的力量——暗能量。

（注：物理学家为了维护广义相对论成立建立了 暗物质和暗能量假说 ）但我们真的需要暗物质和暗能量吗？或许它们根本就不存在？只是我们需要重新思考什么是引力。

其实在爱因斯坦发表广义相对论不久后，爱丁顿、外尔、克鲁扎和克莱因等人就已经开始寻找其它的替代理论。

广义相对论的替代理论被统称为“修正引力理论”（ModifiedGravity）。

近一个世纪以来，物理学家已经提出了许多相关理论，下面这张图表列出了大部分的修正引力理论：修正引力理论的一些途径编后言：暗物质、暗能量假说，修正引力理论假说都是为了合理解释观测现象与当前理论不符而引进的“新思想”、“新假设”。

虽然，它们在一定程度上弥补原来理论的缺陷，看似合理解释了观测现象。

然而，在没有确切实验观测证实之前它仍然是一个“假说”理论。

或许，用来解释宇宙的物理理论从根本上就存在缺陷（需要彻底改变原来思路，从根本建立一套新理论），这种修正、弥补思想只是对现有问题的表面缝合，难以解决根本问题。

二、超对称理论。

基本粒子按照自旋的不同可以分为两大类： 自旋为整数的粒子被称为玻色子， 自旋为半整数的粒子被称为费米子，超对称理论认为费米子和玻色子之间存在一种对称性，该对称性至今在自然界中尚未被观测到。

物理学家认为这种对称性是自发破缺的。

超对称理论便是将这两类粒子联系起来的唯一的对称性的一种理论。

左边为标准模型粒子，右边为超对称粒子在超对称理论中，所有已知的费米子（比如夸克和轻子）都有个未知的玻色子超对称伙伴（比如超夸克和超轻子），以及所有已知的玻色子（比如光子和胶子）都有个未知超对称理论可以解决三个当代物理难题：1、微调问题：解释了为什么希格斯玻色子的质量这么低；2、力的统一：计算表明，当能量越来越高的时候，电磁力、弱核力、强核力会在高能下统一；3、暗物质：最轻的超对称粒子——中性微子，是暗物质的天然候选者。

《自然》杂志：物理学终极四大理论许多研究人员认为，只有能够解释空间和时间从哪里来，物理学才是真正完整的。

“想象一下有一天你醒来，意识到自己生活在一个电脑游戏中。

”加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的物理学家Mark Van Raamsdonk说。

这听起来像是科幻电影，但是对他来说，这个场景是思考现实的一种方法。

如果这是真实的，他说：“我们周围的所有东西——整个三维物理世界——就是别处一个二维芯片的编码信息所产生的幻觉。

”这将使我们的宇宙及其三维空间成为仅存在于低维度中的基质所投射出的全息图。

即使从理论物理学的一般标准来看，这种“全息原理”也是很奇特的。

不过有一小部分研究人员认为这还不够奇特，Van Raamsdonk是其中之一。

Van Raamsdonk和同事认为，只有能够解释空间和时间从哪里而来，物理学才是完整的。

如此激进地对现实进行概念重建，是解释黑洞中心无限致密的“奇点”扭曲了时空结构，以及研究人员如何统一原子级的量子理论与星球级的广义相对论的唯一方法。

“所有的经验告诉我们，我们不应该拥有两个截然不同的现实概念——必然存在一个可以包罗万象的宏大理论。

”美国宾夕法尼亚州立大学的物理学家Abhay Ashtekar如是说。

寻找这个宏大的理论是一项艰巨的挑战。

《自然》杂志介绍了一些有前景的研究路线，以及关于如何验证这些概念的新观点。

万有引力与热力学有什么证据可以说明确实有比空间和时间更基础的东西呢？一些令人兴奋的线索来自于20世纪70年代初期的一系列惊人发现。

当时，量子力学、引力与热力学、热科学之间的紧密联系变得清晰起来。

1974年，英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金展示了黑洞周围空间中的量子效应会引起其释放辐射，就像其有很高热量一样。

其他物理学家很快发现这种现象十分普遍。

即使在完全真空的空间里，正在进行加速的宇航员会感觉到自己好像在进行热浴一样。

如果量子理论和广义相对论是正确的，并被大量实验所证实，那么霍金所说的辐射的存在似乎是不可避免的。

一文看懂：重力、引力、引力子、弦理论、圈量子引力论之间的关系你好哇，感谢你点击我的文章，这里是后浪科普，一个什么都懂一点的账号，如果你也对世界充满好奇心，可以关注我，让我们一起成长。

先声明下，今天的文章很难懂，我光资料就准备了两天，加上我平时的物理和天文学的积累，才总结出了这篇文章，在这里我要提醒一下，本文主要说的是这些理论的联系，并不是讲明白这些理论本身，当然我会尝试着做一些解释，如果看了之后有一种没看懂或者世界观崩塌的感觉，没关系，这很正常，我也只是一知半解，不过咱的目的不是搞懂它，而是比别人多懂一点就行，那我们开始吧。

重力&引力说到重力，其实就是牛顿发现了万有引力的一种，而牛顿对万有引力的解释是，两个有质量的物体之间有一根看不见的线，那这个解释显然是不能让人满意的，所以呢物理学家就花了数百年的时间，都一直在寻求这个问题的答案，很遗憾地告诉大家，目前的科学家还没有给出一个标准的答案来解释引力到底是如何产生的，无数的科学家都把这个问题视为目前物理学界的终极问题，虽然到现在还没有标准答案，但是目前有一些非常有意思的未证实的理论，我们慢慢来说。

我们先来思考一个问题，引力的相互作用是不是瞬间产生的？也就是说不管距离有多远，只要质量发生变化，引力的大小也会立即跟着发生变化，那这到底对不对呢？根据狭义相对论所证明的，没有什么信号或者能量的传递速度能够超过光速，如果太阳突然爆炸，地球最快也要在八分钟以后才能得知真相，引力的传播绝对不能逾越光速这个极限，如果引力真的可以超距作用的话，那么就可以靠有规律的改变质量的大小来向远方传递信息，这就跟摩尔斯电码一样，这显然违反了狭义相对论的理论。

那既然引力无法超距作用，那引力又到底是什么呢？它的作用机理又是什么样的呢？爱因斯坦发现引力可以引起光线的弯曲，因为光要走最短的路径，在一个弯曲的空间里，光的最短路径看起来就像是一条曲线，既然光总是走最短的路径，那么物理规律都是一样的，一个扔出去的小球是不是也应该走最短的路径呢？爱因斯坦觉得肯定是这样的，如果没有地球引力，那这个小球会沿着直线一直飞下去，现在有了地球引力，这个小球走了一个抛物线以后，就落在地球上，它的运动轨迹就是一根曲线，那么这根曲线就应该是小球认为在这个空间中的最短路径。

三、超弦理论简介2006年7月世界著名数学家、哈佛大学教授丘成桐院士，在南开大学陈省身数学研究所演讲前后曾说：弦理论研究已经到了“重大革命性突破的前夜”。

2008年获得诺贝尔物理学奖的南部阳一郎，就是一位著名的弦理论先驱者之一。

2009年10月英国剑桥大学著名科学家霍金告别卢卡斯数学教授职位后，也是著名的弦理论先驱者之一的格林，获得了剑桥大学声望最高的卢卡斯数学教授席位。

卢卡斯数学教授职位于1664年设立，科学史上一些最伟大的人物都曾获得这一头衔，其中包括牛顿和狄拉克。

说明当代科学前沿的弦膜圈说已出现发展的势头。

现任我国《前沿科学》编委的美籍华人物理学家、美国杜邦中央研究院退休院士的沈致远先生说：“在美国超弦理论和圈量子引力论已成显学，占据一流大学物理系要津，几乎囊括了这方面的研究经费，年轻的粒子物理学家如不做弦论，求职非常困难，资深的也难成为终身教授”。

湖南科技出版社2008年4月出版了李泳先生翻译的斯莫林的《物理学的困惑》一书，在该书开头11页至15页有，即使斯莫林是站在反对弦论者的代表人物的立场上，他也不得不承认：“在美国，追求弦理论以外的基础物理学方法的理论家，几乎没有出路。

最近15年，美国的研究型大学为做量子引力而非弦理论的年轻人一共给了三个助理教授的职位，而且给了同一个研究小组”。

“因为弦理论的兴起，从事基础物理学研究的人们分裂为两个阵容。

许多科学家继续做弦论，每年大约有50个新博士从这个领域走出来”。

“在崇高的普林斯顿高等研究院享受有永久职位的每个粒子物理学家几乎都是弦理论家，唯一的例外是几十年前来这儿的一位。

在卡维里理论研究所也是如此。

自1981年麦克阿瑟学者计划开始以来，9个学者有8个成了弦理论家。

在顶尖的大学物理系（伯克利、加州理工、哈佛、麻省理工、普林斯顿和斯坦福）。

1981年后获博士学位的22个粒子物理学终身教授中，有20个享有弦理论或相关方法的声誉。

弦理论如今在学术机构里独领风骚，年轻的理论物理学家如果不走进这个领域，几乎就等于自断前程。

引力场如何影响空间时间结构关键信息项1、引力场的定义和本质名称：＿___________________________描述：＿___________________________2、空间时间结构的概念和特征名称：＿___________________________描述：＿___________________________3、引力场影响空间时间结构的理论基础名称：＿___________________________描述：＿___________________________4、具体的影响方式和表现名称：＿___________________________描述：＿___________________________5、相关的实验观测和证据名称：＿___________________________描述：＿___________________________6、未来研究的方向和潜在应用名称：＿___________________________描述：＿___________________________1、引言11 引力现象在自然界中的普遍存在引力是一种普遍存在的自然现象，从地球上物体的下落，到天体的运行，无不受到引力的作用。

12 研究引力场对空间时间结构影响的重要性理解引力场如何影响空间时间结构对于深入探索宇宙的本质、揭示物质和能量的相互作用具有至关重要的意义。

2、引力场的本质21 牛顿引力理论的局限性牛顿引力理论在描述宏观低速物体的引力作用时取得了巨大成功，但在处理高速、强引力场等极端情况时出现了偏差。

211 无法解释水星近日点进动等现象水星近日点进动的观测结果与牛顿理论的预测存在差异，暗示了牛顿引力理论的不完整性。

22 爱因斯坦广义相对论中的引力场广义相对论将引力描述为时空的弯曲，物质和能量的存在导致了时空的扭曲，从而产生引力效应。

221 等效原理的核心思想等效原理指出在局部范围内，引力和加速度是等效的，为理解引力场与时空的关系奠定了基础。

宇宙在大爆炸之前存在吗阿伯亥·阿许特卡还记得他第一次看到宇宙反弹时的反应。

“我吓了一跳，”他说。

当时他正在观察计算机模拟宇宙回溯到大爆炸之初的一个实验。

大部分时间里，宇宙的行为正如所预料的，随着星系的汇聚，变得越来越小，密度越来越大。

然而令人诧异的是，它并没有缩回到大爆炸的“奇点”；相反，它缩到一定程度，开始反弹然后又膨胀开了。

这是怎么回事？阿伯亥·阿许特卡是美国宾夕法尼亚大学的物理学教授。

他想确证他所看到的事情，所以发表文章之前与同事坐下来又研究了6个月。

结论没问题。

这个建立在圈量子宇宙学基础上的循环宇宙理论成功地解释了我们的宇宙最初的诞生——这是爱因斯坦的广义相对论也没能做到的。

没有“奇点”的宇宙学圈量子宇宙学能够令人信服地说明我们的宇宙是先前的宇宙坍塌之后从中诞生的，就好像传说中的凤凰，每隔500年浴火重生一样。

如果这个理论得到证实，“大爆炸”就要让位给“大反弹”了——我们的宇宙并不诞生于一个密度无限大的奇点，而是从上一次宇宙收缩后反弹来的。

这个宇宙可能经历了一系列永无休止的膨胀和收缩，一直在周而复始地循环着，既没有开端也没有终结。

圈量子宇宙学理论巧妙地把爱因斯坦的广义相对论和量子力学结合起来，我们需要这样的理论来搞清当宇宙接近大爆炸那一刻，究竟发生了什么事情。

比方说，那时宇宙缩成那么小的体积，必定经历了极其强烈的引力作用。

在上世纪80年代中期，阿许特卡与另两位理论物理学家在量子力学的框架内改写了广义相对论方程。

他们的研究表明，宇宙的时空结构是从量子引力场中产生的。

放得足够大，空间看起来似乎是平滑完整的一块；但近距离瞧，空间不过是一些独立的碎片，或者叫量子，尺寸大约在10-35立方米。

2000年，当时还在做博士后的德裔物理学家马丁·波捷沃德与阿许特卡在宾夕法尼亚洲立大学用圈量子引力建了一个宇宙的简单模型。

这样，圈量子宇宙学诞生了。

不像广义相对论，圈量子宇宙学不会在大爆炸奇点附近崩溃。