新研究检验量子版爱因斯坦双生子悖论真相究竟是什么？

量子学和相对论可以说是当代理论中两大重要支撑，可是，科学家还从来无法将这两种理论连贯地结合起来解释宇宙的现象，特别是一些宇宙高能事件中，都只能用一种理论进行解释。

爱因斯坦所提出的‘双生子悖论’就是：双生兄弟中的一个以高速运动比如乘坐飞船离开地球，另一个则留在原地。当飞船回到地球时，这对双生子再次相遇，曾坐飞船高速运动的那个人将显得年轻，因为在两人的空间场内所经过的时间是不同的。图为爱因斯坦。

一组物理学家最近提出了一种把量子学和爱因斯坦的双生子悖论联系起来探查其效果的实验，研究者称，这将为发明更准确的时钟、感应器奠定基础。

澳大利亚昆士兰大学的物理学家齐奇Magdalena Zych说，这份他们和德国乌尔姆大学Ulm University合作的研究，旨在用量子粒子特有的“叠加态”，对爱因斯坦的双生子悖论进行检验。

双生子悖论称，与一个很大质量的物体不同距离地点的物体周围空间场内时间的快慢是不同的;或者，以不同速率运动的物体上面的时间快慢也不相同。

齐奇说：“比如，与距离一个大质量物体很远的时钟相比，距离这个大质量物体近一些、或者处于高速运动中的时钟走得慢一些。”这于是就形成了所谓‘双生子悖论’：双生兄弟中的一个以高速运动比如乘坐飞船离开地球，另一个则留在原地。当飞船回到地球时，这对双生子再次相遇，曾坐飞船高速运动的那个人将显得年轻，因为在两人的空间场内所经过的时间是不同的。

“这是令人震惊的效果。电影《星际穿越》Interstellar就描述了这样的情形，而且这也得到一些现实世界实验的证实，现在人们平常使用的GPS技术也把这个因素考虑了进去。”

现在，这个研究组想了解量子粒子在这样双生子悖论之下会产生什么样的效果——即用一个量子粒子代替双生子。

齐奇说：“量子粒子的叠加态使得粒子在同一时间可以位于两个地点，位于每个地点的可能性相同。量子力学描述了物体存在的另一种方式。”

“这个实验的想法是，让一个量子粒子的叠加态代表两条不同速度的轨迹，检验它们是否分别经过了不同的时间。”

“按照我们对量子力学和相对论的理解，当两条叠加态轨迹相遇的时候，这‘量子旅行者’应该同时处于比自己年轻和比自己老的叠加态。”

“这就是将来能够实现这个实验的时候我们希望得到的结果。”

“这将帮助未来物理学家用更先进的技术造出更精确的感应器和时钟，也将是未来导航系统、自动驾驶汽车和地震警报网络的重要组成部分。”

而且，这个实验也将能回答一些现代物理学所无法回答的问题。

​“一个关键的例子就是，时间可以有量子态吗?”齐奇说：“这个问题就像当代物理理论的‘圣杯’——即找到量子力学和引力之间的衔接点。”

这份研究近期发表在《科学进展》Science Advances上。