普利茅斯大學:有人試圖走出第三條路
1年前

有人試圖走出第三條路:普利茅斯大學物理學家Mike McCulloch於2007年提出了量子慣性(Quantum Inertia,QI)學說。這是一種慣性理論,它試圖用相對論和量子力學來解釋物體在加速時所受到的反作用力。

根據QI,加速的物體會在其加速方向的反方向看到一個Rindler視界,這是因爲信息傳播有光速的限制。Rindler視界會把虛擬粒子轉爲真實的輻射,稱之爲Unruh輻射。QI認爲,視界會在物體一側減弱Unruh輻射,從而導致量子真空的梯度,在物體與其加速方向相反的方向施加一個推力,這就是慣性的起源。也就是說,按QI理論,慣性不再是物體的固有屬性,而是環境施加某種推力造成的後果。

在相對論裏,Rindler視界的時空背景仍是閔氏時空,它只是由於選取了一個不同的坐標系而變換出了一個視界(可通過換系而消除),這種視界也叫做坐標視界。僅是某種數學變換。但在QI裏,則認爲那是某種物理實在。

至於Unruh輻射,指的是一名加速運動的觀察者可以觀測到慣性觀察者無法看到的黑體輻射,即加速運動的觀察者會發現自己處在一個溫暖的宇宙背景中。Unruh輻射是當前理論上認可其存在性的概念,在1976年經數學推導而來。但是因爲實際效應太過微弱,目前無法在實驗室裏進行檢驗。(不過去年有物理學家提出了一種實驗設計。只要肯花錢,也可以在地球上對Unruh效應進行實驗驗證。)

以有一定接受度的Unruh輻射爲理論出發點,提出QI學說的McCulloch不需要引入任何未知粒子(如暗物質),也不需要爲了配合觀測,人爲指定無法解釋的關鍵閾值。所有都很理想,除了一點:QI與相對論的基礎和核心思想——等效原理——並不兼容。

換而言之,QI成立的前提是,廣義相對論的基礎(等效原理)是錯的——慣性質量和引力質量不是一個東西。通過將物體的慣性質量和引力質量解耦,McCulloch聲稱能夠僅使用現有的可見物質來解釋星系旋轉速度過快的問題。

QI還預測,在極低加速度下,例如星系邊緣的恆星,Rindler視界會移動得很遠,以至於接近宇宙視界,這樣Unruh輻射就會在四周均勻地減弱,慣性機制就會崩潰。這解釋了爲什么星系邊緣的恆星可以以比預期更快的速度旋轉但仍然受到星系的束縛。因此,QI理論可以完美地貼合星系旋轉速度而不需要暗物質或對牛頓力學的任何調整。

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