什么上升，必须……是量子的吗？

一项新的实验将检验引力（物理世界的基本力之一）依赖于量子物理学来工作的概念。

如果是这样，它将进一步表明量子力学在宇宙中的中心地位，并开始解释一种自然现象的先前未知基础，这种自然现象无处不在，以至于大多数人认为它的存在是理所当然的。

耶鲁大学艺术与科学学院物理学副教授大卫·摩尔（David Moore）是一个国际研究团队的成员，该团队将进行这项名为“见证引力量子性质的宏观叠加”（MAST-QG）的实验。这个为期五年的项目由戈登和贝蒂·摩尔基金会（Gordon and Betty Moore Foundation）和阿尔弗雷德·P·斯隆基金会（Alfred P. Sloan Foundation）资助，旨在为实验奠定基础。

MAST-QG将尝试将宇宙的两个基本描述联系起来。广义相对论是爱因斯坦的理论，即引力是由质量弯曲或扭曲其周围空间的物体产生的，它与量子力学不相容，量子力学探索原子和粒子的奇怪行为。

由于量子力学粒子的质量很小，以前不可能测量量子力学粒子之间的微弱引力相互作用。

摩尔是耶鲁大学赖特实验室的成员，他将与伦敦大学学院、英国华威大学、西北大学和荷兰格罗宁根大学的研究人员合作开发这项实验。首席研究员是华威大学的Gavin Morley。

我们最近采访了摩尔，讨论了这个实验以及它可能如何工作。

你是否还不知道引力是否是一种量子现象？

大卫·摩尔：重力是我们日常生活中最明显的力，但它完全是一个谜。说起来很尴尬，真的。尽管我们已经研究了数百年，但我们根本没有从微观层面上了解引力的任何细节。

多亏了爱因斯坦的相对论，我们有了关于引力在天体物理距离中如何工作的美丽理论。但我们也知道，当我们将同样的理论应用于量子力学和构成宇宙的粒子时，它是行不通的。为什么？对于我们物理学界的许多人来说，这只是一个令人兴奋的问题。

我们知道量子力学如何影响其他基本力，例如电磁力和“强”核力吗？

摩尔：是的，我们已经了解了所有其他基本力的大量知识——除了重力，这是我们了解时间最长的力。这是一股不适合我们量子世界图景的力量。

是什么让重力在这方面有所不同？

摩尔：与所有其他基本力相比，重力非常弱。例如，氢原子中的电子和质子之间的吸引力，由于它们的电荷，比引力强近40个数量级——10千万亿万亿万亿倍。支配宇宙的其他三种基本力量——电磁力和强核力和弱核力——在内在力量上都更接近。重力的弱点本身就是一个重大难题，但也使实验极具挑战性。

我们对重力 一无所知 的唯一原因是因为我们有一整个星球将重力拉到我们身上。光是鞋子里的原子就足以让我们对抗整个地球。这令人印象深刻。

但是我们从来没有能够把大物体，那些我们可以在可见世界中看到的物体，放到量子态，并见证引力在那么小的尺度上的行为。所以这正是我们实验的想法。我们将把一些有史以来最大的物体置于量子态，并试图看到它们的引力。

这些对象是什么？

Moore：它们被称为微钻石。钻石中有一种非常特殊的原子大小的杂质，称为“氮空位中心”，其中一个金刚石原子缺失，氮原子紧挨着这个空位。这种奇怪的杂质几乎是一个完美的量子系统，我们可以将其嵌入到头发宽度五十分之一的钻石晶体中。

我们想把微金刚石捕获在激光中，让它们悬浮在真空室的中心。我们拥有可以与钻石的量子部分“对话”的技术，并将其用作操纵整个钻石质量以观察重力影响的技术。

耶鲁在这个项目中扮演什么角色？

Moore：我们在耶鲁大学莱特实验室有这些微粒的捕集器。我们通常将它们用于玻璃，而不是钻石。我们的实验室已经完成了世界上最灵敏的暗物质粒子搜索，这些暗物质粒子可能具有微小的电荷 – 电子电荷的百万分之一。我们可以控制陷阱内球体中电子和质子的确切数量。这正是我们想通过这个重力实验做的事情。

什么可能会阻止你获得引力的量子测量？

Moore：我们必须消除除重力以外的所有相互作用。引力太弱了，如果这颗钻石上多了一个电子，除了引力之外，你永远都看不到引力纠缠。我们不仅在努力制造这些微小的量子系统，而且还在排除所有其他力量。

这项研究在个人层面上是否吸引了你？

Moore：这实际上只是试图理解世界是如何运作的。这就像问一个艺术家他们为什么要做艺术。我们中的许多人只是对了解宇宙的基本组成部分非常感兴趣。它们如何协同工作？这是一个足够重要的问题，如果我们能在有生之年学到任何东西，那对我们很多人来说都是令人兴奋的。