愛因斯坦在1905年建立了狹義相對(duì)論，物理學(xué)家和宇宙學(xué)家將理論構(gòu)建在落實(shí)在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上，一個(gè)普遍接受的顯而易見的假設(shè)是空間性質(zhì)在所有的方向相同或空間各向同性，空間沒有方向的偏好或“顧此薄彼”的傾向?？臻g的各向同性是指空間的一個(gè)方向不比另一個(gè)方向有更多的異質(zhì)性，不會(huì)產(chǎn)生諸如：在一個(gè)方向受到擠壓，在另一個(gè)方向受到拉伸的差異性，不存在不同方向的空間不均勻性。加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中使用了部分原子纏繞的方法，他們?cè)O(shè)想用量子計(jì)算機(jī)確定量子比特的數(shù)量，將量子信息實(shí)驗(yàn)做到比以往任何時(shí)候都要精確，實(shí)驗(yàn)精確度達(dá)到了十億的十億分之一，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了空間的各向同性假說。

愛因斯坦在建立狹義相對(duì)論時(shí)受到“以太實(shí)驗(yàn)”的靈感啟發(fā)，1887年，阿爾伯特·邁克爾遜和愛德華·莫雷做了一項(xiàng)經(jīng)典的光學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家在克利夫蘭進(jìn)行了著名的“邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了彌散在太空的媒介物質(zhì)“以太”，光子通過“以太”傳播的經(jīng)典理論頃刻化為烏有。物理學(xué)家在以太實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前普遍認(rèn)為，光在“以太”媒介的傳播好似波在水介質(zhì)的波動(dòng)。加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)助理教授哈特穆特·赫芬納解釋說，新的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了空間的各向同性，光在空間各個(gè)方向的傳播速度相同，與光在向上、向下，向左、向右的轉(zhuǎn)播方向無關(guān)。

邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)證明了空間的不可擠壓性，空間的各向同性或空間的均勻性是時(shí)空物理學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型也不例外。假如人們放棄了空間各向均勻的“公理'，那么整個(gè)物理標(biāo)準(zhǔn)模型的大廈就會(huì)倒塌，物理學(xué)家因此對(duì)空間各向同性的檢驗(yàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣。粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型描述了所有類型基本粒子的相互作用，標(biāo)準(zhǔn)模型的前提條件是所有的粒子和場(chǎng)經(jīng)過了洛倫茲變換后保持不變，無論粒子的運(yùn)動(dòng)方向怎樣，它們的物理行為保持不變。

赫芬納領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)與邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)有相似性，但他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用電子代替了光子，他們?cè)谝粋€(gè)真空室內(nèi)分離了兩個(gè)鈣離子，它們?cè)诹孔佑?jì)算機(jī)內(nèi)發(fā)生了部分的相互纏繞，在地球24小時(shí)的自轉(zhuǎn)條件下，觀測(cè)粒子的電子能量。如果空間在一個(gè)方向或更多方向受到了擠壓，那么真空室粒子的電子能量會(huì)發(fā)生12小時(shí)的周期變化，實(shí)驗(yàn)過程沒有出現(xiàn)電子能量變化的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，空間各向同性的精確度達(dá)到十億的十億倍（10的18次方）分之一，這一精確度比其它以電子為對(duì)象的實(shí)驗(yàn)提高了100倍。

赫芬納科學(xué)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)精度比邁克爾遜—莫雷的光子實(shí)驗(yàn)提高了5倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了其中的一個(gè)理論，該理論以空間的各向異性對(duì)粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行延伸。赫芬納團(tuán)隊(duì)在日本埼玉縣的量子計(jì)量實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)合作研究，《自然》雜志公布了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了纏繞的離子，對(duì)空間各向同性進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)涉及到量子計(jì)算機(jī)體系，他們使用了諸如量子比特（qubits）概念的電離原子，從電離原子中分離的電子波函數(shù)產(chǎn)生了相互纏繞，兩個(gè)相互纏繞的電子比特變成了敏感性的探測(cè)器，對(duì)輕微的空間擾動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。

目前的數(shù)字計(jì)算機(jī)不能探測(cè)和計(jì)算空間輕微的擾動(dòng)，科學(xué)團(tuán)隊(duì)期待以精確的實(shí)驗(yàn)手段將量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用到完全不同的物理領(lǐng)域。大膽而精細(xì)的實(shí)驗(yàn)讓他們體驗(yàn)了新鮮而復(fù)雜的心情。他們的量子實(shí)驗(yàn)與其他科學(xué)家進(jìn)行的類似實(shí)驗(yàn)沒有發(fā)生沖突，但與其它類似的實(shí)驗(yàn)有一定的差別。科學(xué)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃研制高靈敏的量子計(jì)算機(jī)探測(cè)器，在實(shí)驗(yàn)中使用其它類型的離子，比如：鉬原子，他們將洛倫茲對(duì)稱性測(cè)量的精度提升了10,000倍。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)在未來的實(shí)驗(yàn)中將和其它科學(xué)機(jī)構(gòu)開展合作研究，以探測(cè)空間變形的可能，空間變形可能由暗物質(zhì)粒子引起，暗物質(zhì)占到宇宙總物質(zhì)的27%，人們對(duì)暗物質(zhì)的神秘性知之甚少，它們和空間的相互作用只是物理學(xué)家的一種猜測(cè)。赫芬納領(lǐng)銜的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)第一次使用了量子信息工具，以檢測(cè)空間的基本對(duì)稱性。實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)入了量子狀態(tài)，抵御了普遍的噪聲干擾，儀器的靈敏度達(dá)到了特定高度，可以檢測(cè)離子是否違反了洛倫茲變換的效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和儀器的可行性令人十分驚奇，對(duì)空間擾動(dòng)進(jìn)行了十分精確的檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的物理意義簡(jiǎn)明而深遠(yuǎn)。

（編譯：2015-2-2）