摘要：在最近发表在《物理学进展报告》（Reports on Progress in Physics）杂志上的一篇论文中，科学家们概述了引力的重新表述，这可能会导致一个完全量子兼容的描述——而不会援引更多推测模型（如弦理论）所需的额外维度或奇特特征。

物理学家开发了一种新颖的方法来解决理论物理学中最顽固的问题之一：将引力与量子世界结合起来。

在最近发表在《物理学进展报告》（Reports on Progress in Physics）杂志上的一篇论文中，科学家们概述了引力的重新表述，这可能会导致一个完全量子兼容的描述——而不会援引更多推测模型（如弦理论）所需的额外维度或奇特特征。

该提案的核心是从基本层面重新思考引力的行为方式。虽然电磁力、弱力和强力都是用量子场论来描述的——量子场论是一个结合了不确定性和波粒二象性的数学框架——但引力仍然是异类。广义相对论，即爱因斯坦的引力理论，是一个纯粹的经典理论，它将引力描述为时空几何学因质量和能量而扭曲。但是，将量子理论与广义相对论混合的尝试经常会遇到致命的数学不一致，例如无限概率。

新方法以反映已知量子场论结构的方式重新解释引力场。“关键发现是，我们的理论提供了一种新的量子引力方法，其方式类似于标准模型其他基本相互作用的公式，”该研究的合著者、芬兰阿尔托大学的物理学家 Mikko Partanen 在一封电子邮件中告诉 Live Science。

在他们的模型中，引力不是弯曲时空，而是由四个相互关联的场介导，每个场都类似于控制电磁学的场。这些场对质量的响应方式与电场和磁场对电荷和电流的响应方式大致相同。它们还以一种在经典水平上再现广义相对论的方式相互交互以及与标准模型的场相互作用，同时也允许量子效应始终如一地合并。

由于新模型反映了公认的量子理论的结构，因此它回避了历史上阻碍广义相对论量子化工作的数学问题。根据作者的说法，他们的框架产生了一个定义明确的量子理论，该理论避免了常见的问题——例如可观察量的非物理无穷大和物理过程的负概率——这些问题通常在使用传统的、直接的方法进行广义相对论量化时出现。

该方法的一个关键优点是其简单性。与许多需要未被检测到的粒子和额外力的量子引力模型不同，该理论坚持熟悉的领域。

“与许多其他量子引力理论相比，主要优势或不同之处在于，我们的理论不需要尚未得到直接实验支持的额外维度，”阿尔托大学教授、该论文的合著者 Jukka Tulkki 在一封电子邮件中告诉 Live Science。“此外，该理论不需要已知物理常数之外的任何自由参数。”

这意味着无需等待新粒子的发现或修改现有的物理定律即可测试该理论。“任何未来的量子引力实验都可以直接用于测试对该理论的任何（即将到来的）预测，”Tulkki 补充道。

尽管有很好的功能，但该模型仍处于早期阶段。尽管初步计算表明该理论在通常的一致性检查下表现良好，但其一致性的完整证明仍有待解决。

此外，该框架尚未应用于引力物理学中一些最深奥的问题，例如黑洞奇点的真实性质或大爆炸的物理学。“该理论尚不能解决这些重大挑战，但它有可能在未来做到这一点，”Partanen 说。

实验验证可能更加难以捉摸。引力是已知力中最弱的，它的量子方面非常微妙。量子引力效应的直接测试是当前仪器无法实现的。

“由于引力相互作用的弱点，测试量子引力效应具有挑战性，”Tulkki 说。尽管如此，由于该理论不包括可调参数，未来任何探测量子引力行为的实验都有可能证实或排除这一新提议。

“鉴于目前的理论和观测进展速度，可能需要几十年的时间才能取得第一个实验突破，为我们提供量子引力效应的直接证据，”Partanen 说。“通过高级观察的间接证据可以更早地获得。”

目前，Partanen 和 Tulkki 的工作为寻找量子引力理论的理论家开辟了一个新的方向——一个以粒子物理学的成功框架为基础，同时有可能解开宇宙中一些最深刻的奥秘的理论。

来源：当代生命哲学家一点号