[爆卦] 科學家用原子激發來測量時空旋轉

[jackliao1990 (j)]

https://arxiv.org/pdf/2408.13016

參考系拖曳是愛因斯坦廣義相對論的預測。奧地利的Josef Lense和Hans Thirring於1918
年發現當大質量物體旋轉時會在其旋轉方向上拖動周圍時空，因此附近的距離和角度測量
將會改變，相對於遙遠觀察者而言，空間和時間可能部分混合。這種效應被稱為Lense–
Thirring效應，拖曳旋轉速度取決於角動量和質量及距離。該效應即使在愛因斯坦方程的
弱場極限下依然存在。

NASA等組織已測到參考系拖曳的天文證據，然而此方法需要用恆星來確定望遠鏡上傳感器
的品質和可靠性。北京計算科學研究中心的劉瑞臣和孫昌平為此提出用量子糾纏測量參考
系拖曳，他們認為原子吸收射線後的激發程度取決於時空在大質量物體外圍旋轉的速度，
因此測量原子激發變化有助於確定時空的旋轉速度。

在這項研究中，科學家假設一個被簡單量子場包圍的小質量物體（如原子），量子場的相
關粒子具有零自旋；例如電磁場，其場的力載體（即光子）具有零自旋。在非旋轉黑洞的
情況下(愛因斯坦方程的史瓦西解)，不存在參考系拖曳。靜止原子會被霍金輻射所激發(事
件視界處具有黑體輻射頻譜的輻射)。原子的激發率包含關於事件視界處重力場強度的信息。

旋轉大質量黑洞(克爾解)則並不存在真正的事件視界和奇點。克爾時空下原子會顯示出參
考系拖曳現象，但靜止的原子並不會被激發。為此科學家考慮了在克爾時空中以恆定速度
繞質量做圓周運動的原子。

他們對零自旋場進行了量子化，即按照量子力學處理該場（與馬克士威方程不同，後者將
電磁場視為經典場，沒有光子或零自旋粒子）。將所有這些合在一起並通過數學計算，兩
位科學家發現原子會被激發。

他們進一步發現，激發率(每秒的激發數量)與處於恆定加速度的熱浴中原子的激發率相同
，這個溫度與原子做圓周運動的加速度成正比。這類似昂魯效應-原子在空真空中以恆定加
速度運動，即使是直線運動，也會看到粒子和具有極小但非零溫度的熱浴。

他們進一步考慮了在不同速度和不同距離處旋轉的原子的激發能量，發現激發率在所有參
考系拖曳旋轉頻率值之間都出現在0和一個上限之間。參考系效應會為進行圓周運動的原子
產生一個明顯的激發率。該上限可被測量並且可根據激發率的上限和運動半徑推斷出參考
系拖曳旋轉頻率的旋轉速率。

--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.253.168.221 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1724987293.A.5A5.html
推 s820912gmail: 量子糾纏
推 grandzxcv: 嘿對
→ bill403777: 終於想到這個方法了喔
推 b425k1719: 嗯，跟我想的一樣
噓 mimi1020b: 不就跟我想的一樣
→ HodorDragon: 我懂了 你可以說中文嗎
推 lives084773: 我昨天睡前也在想，差不多嘛
推 laker4life: 沒空
推 easyfish: 非常好原子激發 使我時空旋轉
→ wuklean: 這我國小暑假作業內容
→ elec1141: 跟我想得差不多
推 Jerome16: 恩恩 我也是這樣想的
→ s81048112: 恩 原來如此
→ vowpool: 質量不夠到 測量到的尺度也是微乎其微
推 loveyou9527: 很好繼續努力
→ changmada: 這我知道 旋轉 就是桌球說的質量
→ ltytw: 我也是這樣想的
推 IS5F5566: 跟樓下想到差不多
推 sunnyyoung: 可以用大車內輪差幹掉小車和行人來驗
→ sunnyyoung: 證這個嗎
推 ilove30and: 不錯耶，這次我沒想到。繼續加油
推 et820224: 我說什麼來著，沒人聽啊