超流真空理论

中文的报道在这里:

[http://tech.sina.com.cn/d/2014-05-06/09319361502.shtml]

看到后,我第一件事去物理网[http://physicsworld.com]

去翻有没有报道,没有。然后,去网上搜了搜,找到了英文报道:

[http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2612949/Are-living-underwater-Researchers-believe-universe-liquid-superfluid.html]

标题是:Are we living ‘underwater’? Researchers believe the universe might be a ‘liquid superfluid’

我们生活在“水下”吗?研究者相信宇宙可能是个“液态超流体”。

下面,我去翻了翻arxiv.org,找到了第一作者的一些paper,但没有最近发表的相关文章。

Anyway,

这是一篇量子引力领域的一个工作,正如我们所知的几乎所有经典理论都已经量子化了,但引力(引力的经典理论是爱因斯坦的广义相对论),尚无大家都认可的量子化方案,弦论是一个潜在的候选者。

超流真空理论(SVT)是一种量子引力的方案,它的思路是复活“以太”的观念,简单讲就是把“真空”看做是一块巨大的材料。

按照材料科学的研究思路,材料是有结构的,比如以某种方式排列有序的结构,相互之间存在着相互作用,或用物理的语言说,写成拉氏密度(动能项减势能项)对体积的积分。

想象这个结构最简单的方案就是一个弹簧床垫,把这个弹簧床垫量子化我们可以得到其上的量子激发,这些量子激发可以解释材料的各种宏观性质,比如电阻率等等。

在类比的意义下,我们这么来建立量子引力的理论,假设真空有个结构,这个假设的“底层”结构能解释“质量”,“引力常数”,解释光、质点的自由传播等等。

历史上的“以太”就是干这个事儿的,只是当时瞄准的是电磁辐射,即我们假设一个“底层结构”,这个结构能够解释麦克斯韦方程组,电磁波的传播等等。

“以太”理论之所以失败是因为它和狭义相对论抵触,按照狭义相对论光在任何参照系中往任何方向跑都是光速,它拒绝存在一个整体静止、整体运动、被部分拖曳的参照系的存在。假设有这样一个底层结构,它或多或少就构成了一个绝对的参照系。

但1950年代,狄拉克发表了两篇文章,又复活了“真空以太”或“真空材料”的观念,他的理由是根据量子力学,比如不确定关系,对真空中的某个局域,动量的不确定度很大,换句话说速度就缺乏一个良好的定义,这时就不构成一个整体的静止或运动的框架了。后来的超流真空理论可以看做是狄拉克这个洞见的进一步发展和细化。

最后解释一下超流,超流是一种宏观量子现象,液体,但粘滞系数为0,流体可以整体地无损耗地做宏观运动。作为宏观量子现象,超流看上去很神奇,比如对超流的液氦,它可以从烧杯里蠕动出来跑到能量更低的“桌面”上来。

超流真空理论_第1张图片

对超流的解释可以用BEC(玻色-爱因斯坦凝聚)解释,自旋为整数的粒子(比如0,1,2……)是玻色子,对玻色子而言,在低温下它们倾向于全部处于相同的低能量的态,宏观上体现为某种无损耗的整体运动。

自旋是半整数(如1/2)的粒子是费米子,费米子也可以形成超流态,比如两个费米子配对,可以形成自旋单态(spin singlet,S=0)或自旋三重态(spin triplet,S=1),这就又可以形成凝聚的态了。这很类似超导体中的配对机制,要打破这个配对是需要能量的,有些人通过假设真空的结构,使这种结构、及这种结构所演生出的激发存在以上机制,并把这个能量(打破配对的能量)解释为质量的来源,等等。

以上就是我对超流真空理论的Brief,这个理论是否靠谱最终还是要看实验,看它能解释什么,更重要的是,看它能否预言某种新现象,并被接下来的实验所证实。

Lastly,把引力量子化是很难的工作。

参考:

[http://en.wikipedia.org/wiki/Superfluid_vacuum]

[http://en.wikipedia.org/wiki/Superfluidity]

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