黑洞 三大思想实验的猜测与反驳


黑洞 三大思想实验的猜测与反驳
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《自然》杂志近日发表了斯坦福大学天文团队的一项观测成果 , 团队成员在一个距离地球大约1亿光年的黑洞周围发现了X射线的“回光”或反弹 , 这是由于大质量黑洞扭曲了周围的时空 , X光被折射回天文观测者的视线 , 而大质量天体对周围时空的扭曲效应正好印证了爱因斯坦的时空扭曲理论 。 寄居在1玆威基星系中心的超大质量黑洞呑噬了周围大量的气体物质 , 从黑洞视界以外气体物质的摩擦中产生了强烈的X射线辐射 , 这是黑洞看上去非常明亮的原因 , 强烈的X射线闪射形成了黑洞的“日冕” 。
天文团队在黑洞的“日冕区”发现了一些弱闪光的X射线 , 它们是从黑洞背面反射过来的“回波” , 黑洞对周围时空的巨大扭曲使得黑洞背面的X射线绕到了“前面” , 得益于爱因斯坦预言的奇特性时空扭曲效应 , 天文学家第一次看到了由黑洞背面发出的射线 , 从黑洞日冕区的“耀斑”产生的X射线从黑洞的吸积盘反射回来 , 从扭曲的时空返折到地球上的望远镜 , 天文团队在观测中使用了XMM—牛顿和NuSTAR两种X射线望远镜 。
在引力和宇宙学的研究领域 , 科学家和科学媒体人士时常发出“爱因斯坦又对了”的感叹声音 。 天文学家近日第一次看到了从黑洞背面发出的X射线 , 再次验证了广义相对论有关“光线弯曲”或“时空弯曲”的理论预测 。 光线和时空符合科学哲学弯曲论的等效原理 , 同样 , 光线和时空符合科学哲学平直论的等效原理 。 在爱因斯坦以前的物理学家用光线的平直运动证实了时空的平直性 , 在爱因斯坦以后的物理学家用光线的弯曲运动证实了时空的弯曲性 。
光线在弱重力场时空以直线方式传播 , 光线在强重力场时空以曲线方式传播 。 以光线的直线运动证实时空的平直性和以光线的曲线运动证实时空的弯曲性符合科学哲学检验论的等效原理 。 有些科学家和科学人士相信光线的直线运动证实了时空的平直线 , 却不相信光线的曲线运动证实了时空的弯曲性 , 他们认为光线在受到大质量天体的引力作用时 , 即使是在平直的时空 , 光线的运动轨迹也会出现弯曲现象 。
在粒子和量子宇宙学的研究领域 , 科学家和科学媒体人士时常发出“爱因斯坦又错了”的感叹声音 。 两个相距无论远近的一对纠缠态粒子能够产生瞬时性的相互影响 , 似乎与牛顿物体引力的瞬时性概念保持一致 , 而与狭义相对论光速有限、广义相对论引力波速有限的概念互互不相容 。 一对纠缠光子无论分隔距离的远近能够瞬间性地传递和分享它们的物理状态 , 爱因斯坦曾把这种神秘性的量子纠缠现象称为“鬼魅般的超距作用” 。 1935年 , 爱因斯坦和两位物理学家——波多尔斯基和罗森在量子纠缠思想实验分析的基础上提出了“EPR佯谬”或“爱因斯坦—波多尔斯基—罗森佯谬” 。
爱氏想要通过量子纠缠“谬论”证实哥本哈根学派对量子行为的基本解释荒谬、不可信 , 没有正确地描述量子宇宙的运行状态 。 然而 , 事实似乎刚好相反 , “EPR佯谬”从思想实验走向了实证实验 , 在过去的半个多世纪 , 中外科学团队不断改进实验方法 , 反复证实了量子纠缠的真实性和正确性 , 其中包括物理学家约翰-贝尔在1964年设计的“贝尔实验” , 该实验排除了在量子纠缠中存在某种未知隐变量的可能 。 2018年7月 , 中科院潘建伟团队刷新了多光子量子实验的纪录 , 实现了18个光量子比特的纠缠 。
1935年 , 奥地利物理学家薛定谔发表了一篇题为“量子力学的现状”论文 , 他在论文的第5节描述了被物理学家视为恶梦的“薛定谔的猫“” , 为了反驳量子力学哥本哈根学派而设想了“量子猫”的思想实验 , 在“薛定谔的黑箱”中 , 一只既死又活的猫违背了一只猫要么活着、要么死去的常理 , 如果哥本哈根学派对量子基本行为的解释是正确的 , 那么一只既死又活的猫产生了“薛定谔佯谬” , 哥本哈根学派认为 , 一个粒子在没有得到测量前处于模糊不清的混合态或叠加态 , 好像一个放射性粒子的衰变不是由必然性确定 , 而是由概率性确定 。
自从1935年到现在 , 很多物理学家想尽了一切方法 , 试图解开量子纠缠的佯谬和宏观物体是否存在微观粒子量子叠加态的可能 。 2000年7月 , 纽约州立大学石溪分校的物理团队在接近绝对零度的超导体环形电路中实现了由数十亿个电子构成的超导流 , 从单个粒子的波粒二象性到超导流中大量粒子的叠加态 , 符合薛定谔量子叠加态的粒子数目不断增多 , 但粒子群的量子态和猫一类宏观物体的量子属性存在尺度的区分 。

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