http://phys.org/news/2013-12-creation-entanglement-simultaneously-wormhole.html
Dec 05, 2013
量子糾結（Quantum entanglement）是量子力學研究中最奇異的理論之一 -- 事實上，因為太奇怪了，愛因斯坦曾以下列「名言」來形容它："在遠方作祟的幽靈（spooky action at a distance）"。
基本上，量子糾結涉及二個粒子，每一個同時具有多重狀態 -- 一種被稱為疊加（superposition）的狀態。例如，二粒子可能同時順時針自旋與逆時針自旋。除非某一個被測量了，否則沒有一個粒子會具有明確的狀態，不過，一旦測量之後，會導致另一個粒子「立即」呈現一致的狀態。二粒子間所產生的相關性（correlations）會被保留，即便它們分據宇宙相對的二端。
不過，是什麼讓粒子在如此浩瀚的距離間能夠「立即地」溝通 -- 而且似乎比光速還快？在今年初，物理學家提出一種「蟲洞（wormholes，或稱引力通道／gravitational tunnels）」形態呈現的答案。這組人證明，創造二個糾結的黑洞之後，接著將它們拉開，它們會形成蟲洞 -- 基本上是一個橫跨宇宙的「捷徑」 -- 連結遠方的黑洞。
現在，MIT 物理學家發現 -- 透過「弦論」的鏡頭來看 -- 二個糾結夸克（物質的基石）的創造，同時會導致連結這對夸克的蟲洞產生。
這些理論性的結果鞏固這個相對較新且令人振奮的點子：聚攏宇宙的引力定律也許不是基本（交互作用），而是由別的東西引起：量子糾結。
Julian Sonner，MIT 核科學實驗室與理論物理學中心的資深博士後，已將其結果發表在 Physical Review Letters 期刊上，在那裡，它與另一篇由 Victoria 大學的 Kristan Jensen 以及華盛頓大學的 Andreas Karch 所完成的相關論文並列。
糾纏的網絡是引力
打從量子力學首度在一百多年前被提出以來，對此領域的物理學家而言，主要挑戰是以量子力學的語言來解釋引力（gravity，重力）。雖然量子力學在描述微觀層次的交互作用上非常有用，不過它無法解釋引力（gravity，重力）-- 相對論的一種基本概念。相對論由愛因斯坦所提出，用來描述巨觀世界。因此，要揉合量子力學與廣義相對論顯然出現一大阻礙。多年來，物理學家試圖要提出一種量子引力論（量子重力論）來結合這二個領域。
"這裡有些關於量子引力論的困難問題我們仍不知（答案），而且我們著手對付這些問題已經有很長一段時間了，" Sonner 說。"我們需要找到正確的道路來理解這些問題。"
一個量子引力理論可能會提出，古典的引力並非一種基本概念，一如愛因斯坦率先提出的，而是從一種更基本的、基於量子的現象浮現。在巨觀的脈絡下，這意味著，宇宙是由某種比引力（重力）更基本的東西所形塑。
這裡正是量子糾結所能夠扮演的角色。糾結（量子力學中最基本的理論之一）的概念也許看似與廣義相對論直接相衝：二糾結粒子，橫跨遙遠的距離進行「溝通」，而且速度可能比光還要快 -- 根據愛因斯坦，這違反了物理定律。也許正因為如此，利用糾結的概念來建立「時空」，才會令人驚訝。那在量子力學與廣義相對論的揉合（reconciling）上，也許跨出了一大步。
通往第五次元
七月時，IAS（普林斯頓高等研究院）的 Juan Maldacena 與史丹佛大學的 Leonard Susskind 這二位物理學家，以二個糾結黑洞的形態，提出一種理論性的解答。當二黑洞糾結，然後將之拉開時，理論學家發現，所浮現的是一種蟲洞 -- 一種穿越時空的隧道，那被認為是由引力所聚攏（held together）。這個構想似乎指出，在蟲洞的例子中，引力從更基本的「糾結黑洞」現象中浮現。
延續 Jensen 與 Karch 的研究，Sonner 試圖在夸克（物質的次原子建構基石）的層次上著手處理這個想法。為了看看有什麼東西從二糾結的夸克浮現，他首先利用 Schwinger effect（史瓦西效應）產生夸克 -- 量子理論中的一種概念，那允許某人從「空無一物（nothing）」中創造粒子。更精確地說，此效應，亦稱為「成對創造（pair creation）」，允許二粒子從真空（或瞬時粒子之湯／soup of transient particles）中浮現。在一電場中，某人能夠 -- 如 Sonner 所形容的 -- 在一對粒子再度消失於真空之前「抓住它們」。一旦抓到了，這些粒子被視為已糾結。
Sonner 將糾結的夸克對應到一個四維空間，那被視為「時空」的代表。相較之下，引力被認為存在於下一個次元，根據愛因斯坦的定律，其作用是「彎曲」與形塑時空，也因而存在於第五維度。
為了瞧一瞧來自四維空間中的糾結夸克，會以什麼樣的幾何學從第五次元浮現，Sonner 利用了全像二元性（holographic duality，全像二重性），弦論中的一種概念。雖然全像圖是一種二維物體，不過它包含了要重現三維視野的所有必要資訊。基本上，全像二元性是一種從下一個較低的維度導出（derive）一個更複雜維度的方法。
利用全像二元性，Sonner 導出糾結夸克，並發現所浮現的是一個連結兩者的「蟲洞」，這意味著，在創造夸克的同時，也創造了一個蟲洞。更基本地，這些結果指出，引力，也許事實上是從糾結浮現。還有，由古典引力所描述的宇宙幾何學，或「彎曲」，也許是一種糾結的結果，例如：在一對粒子之間，由穿隧蟲洞串連在一起。
"對於「糾結在此會產生某種幾何學」，這是我們迄今所擁有的、最基本的再現，" Sonner 說。"如果這種糾結的某一些喪失了會發生什麼事，而幾何學會發生什麼事？這裡有許多路線可以追尋，而在那種情況下，這項研究結果能證明很有幫助。"
※ 相關報導：
＊ Holographic Schwinger Effect and the Geometry of Entanglement
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.211603
Julian Sonner＊ 在「幾乎空無一物」中創造光
Phys. Rev. Lett. 111, 211603 (2013) [4 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.111.211603
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