摘要：100多年来，量子力学和爱因斯坦的广义相对论这两大理论塑造了我们对宇宙的理解。一个解释微小的粒子世界；另一个描述引力与空间结构。但尽管它们各自取得了成功，将它们结合起来仍然是科学界最大的未解难题之一。

一项突破性理论连接了爱因斯坦的相对论与量子力学

100多年来，量子力学和爱因斯坦的广义相对论这两大理论塑造了我们对宇宙的理解。

伦敦大学学院的一个科学家团队公布了一项大胆的新理论，旨在统一现代物理学的两大支柱——量子力学和爱因斯坦的广义相对论。

100多年来，量子力学和爱因斯坦的广义相对论这两大理论塑造了我们对宇宙的理解。一个解释微小的粒子世界；另一个描述引力与空间结构。但尽管它们各自取得了成功，将它们结合起来仍然是科学界最大的未解难题之一。

现在，伦敦大学学院的一个研究团队提出了一个大胆的新想法。他们没有修改爱因斯坦的理论以适应量子规则，而是建议“反其道而行之”。他们的模型被称为“后量子经典引力理论”，旨在重新思考引力与量子世界之间的深层联系。

量子力学在概率、不确定性和亚原子粒子的奇特行为中蓬勃发展。它帮助解释了原子的结构并推动了现代技术。与此同时，广义相对论提供了宇宙的宏大视角，行星和恒星在其中弯曲时空并产生我们所感受到的引力。

但这两种世界观在最深层次上存在冲突。当科学家试图将它们结合时，数学就会崩溃。方程变得不一致。模型也随之瓦解。尽管付出了数十年的努力，但没有一个统一的框架能完全解决这个难题。

伦敦大学学院的物理学家乔纳森·奥本海姆正在发展可能统一经典引力与量子力学的混合理论。

量子力学与相对论之间的分歧

伦敦大学学院的提议之所以引人注目，在于它拒绝强行将引力纳入量子范式。相反，它探索了经典引力可能以全新的方式与量子系统相互作用。这种转变打开了一扇通往以前未曾充分探索的理论的大门。

研究人员指出：“物理学家们常常认为爱因斯坦的理论必须被修改。但如果问题根本不在于引力呢？如果需要重新思考的是量子部分呢？”这个具有启发性的问题是他们方法的症结所在。

如果得到证实，他们的工作可能会改变我们看待宇宙的方式。它提供了一条新路径——一条不旨在将引力压缩成量子形式，而是让每个理论都遵循自己规则的路径。这个简单而激进的想法可能有助于解决物理学中最顽固的谜团之一。

一种新方法：时空是经典的

伦敦大学学院的乔纳森·奥本海姆教授和他的团队以其开创性理论挑战了现状。在同时发表的两篇并行论文中，他们提出了一个新颖的观点，即时空可能保持经典并不受量子力学的影响。

正如发表在《物理评论X》(PRX)上的论文所述，该理论不修改时空本身，而是修改量子理论。

该理论的核心原则是时空保持经典，不受量子理论的约束。相反，量子理论被修改以解释由时空介导的内在不可预测性。结果是：

时空会经历随机而剧烈的波动，这些波动超出了量子理论的预期。如果测量足够精确，这些波动会使物体的表观重量变得不可预测。

为了验证他们的理论，研究人员提出了一项开创性的实验，旨在检测质量随时间的变化。例如，考虑一个1公斤的质量——法国国际度量衡局使用的标准测量值。如果对这个1公斤质量的测量显示出小于数学一致性所需值的波动，那将挑战新理论。

这项实验对我们理解引力与量子力学具有深远影响，它不仅是理论性的，而且是实践性的。它是量子引力竞争理论之间持续辩论的关键转折点。

奥本海姆教授与量子环引力和弦理论的主要倡导者卡洛·罗维利教授和杰夫·彭宁顿博士甚至为此结果下了5000:1的赌注。

五年严格测试

奥本海姆教授领导的伦敦大学学院研究团队在过去五年里，精心开发和检验了他们的理论，从各个角度审视其结果。

正如奥本海姆教授所说：“量子理论和爱因斯坦的广义相对论在数学上是不相容的，所以理解这种矛盾是如何解决的非常重要。”

他们的旅程充满了对引力基本性质和宇宙本身的不断探索， probing the boundaries of our knowledge and challenging preconceived notions.

超越引力：后量子理论的含义

尽管后量子理论的重点是协调量子力学和广义相对论，但其影响远不止于引力领域。一个显著的后果是消除了量子理论中臭名昭著的“测量假设”。

这一长期困扰物理学家的假设认为，测量会将量子叠加态坍缩成确定的状态。在新理论中，量子叠加态通过与经典时空的相互作用自然地局域化，从而消除了对这一假设的需求。

标准理论与后量子理论

奥本海姆教授之所以提出这项突破性理论，是因为他试图解开黑洞信息悖论的奥秘。根据标准量子理论，信息不能被销毁。

因此，进入黑洞的物体应该以某种方式将信息辐射回来。然而，这一概念与广义相对论直接矛盾，后者认为一旦物体穿过黑洞的事件视界，它就变得不可触及。

后量子理论提供了一个独特的视角，认为时空固有的不可预测性的根本性破坏允许信息被销毁，从而解决了这个长期存在的悖论。

通过检测质量的随机波动来测试时空是否仍然是经典的提议只是这个难题的一部分。

时空的量子性质

另一个实验提议旨在通过一种称为“引力介导纠缠”的现象来验证时空的量子性质。这些实验虽然具有挑战性，但在增进我们对自然基本规律的理解方面具有巨大潜力。

未参与伦敦大学学院最近公布消息、但此前曾提出纠缠实验的该领域专家Sougato Bose教授强调了这些努力的重要性，他指出：“测试时空性质的实验需要付出巨大努力，但从理解自然基本规律的角度来看，它们至关重要。我相信这些实验是可以实现的——这些事情很难预测，但也许我们会在未来20年内知道答案。”

该理论的核心是量子粒子（如原子）与经典时空波动之间的微妙相互作用。如果该理论成立，这些波动必须发生在尚未检测到的尺度上，但应足够大以影响量子粒子的行为。

拟议的实验旨在寻找这种难以捉摸的平衡，揭示时空是保持经典还是在微观尺度上屈服于量子力学。

用奥本海姆教授的话说：“既然我们有了一个时空没有被量子化的自洽基本理论，那就任凭大家猜测了。”旅程才刚刚开始，物理学的未来从未如此引人入胜。

背景信息

量子力学背景：宇宙中的所有物质都遵循量子理论的定律，但我们只在原子和分子的尺度上真正观察到量子行为。

量子理论告诉我们，粒子服从海森堡不确定性原理，我们永远不能同时知道它们的位置或速度。事实上，在测量它们之前，它们甚至没有确定的位置或速度。像电子这样的粒子可以表现得更像波，几乎可以同时存在于许多地方（更准确地说，物理学家将粒子描述为处于不同位置的“叠加”状态）。

量子理论支配着从计算机芯片中无处不在的半导体到激光器，再到超导性，再到放射性衰变的一切。相比之下，如果一个系统具有确定的基本性质，我们就说它表现为经典系统。一只猫似乎表现为经典系统——它要么死了，要么活着，而不是既死了又活着，也不是处于死活叠加的状态。

为什么猫表现为经典系统，而小粒子表现为量子系统？我们不知道，但后量子理论不需要测量假设，因为时空的经典性会“感染”量子系统并导致它们局域化。

引力背景：牛顿的引力理论让位于爱因斯坦的广义相对论（GR），后者认为引力并非通常意义上的力。相反，太阳等大质量物体以某种方式弯曲时空结构，从而导致地球围绕其公转。

时空只是一个数学对象，由三维空间和作为第四维的时间组成。广义相对论预测了黑洞的形成和大爆炸。它认为时间在空间的不同点以不同的速率流动，您的智能手机中的GPS需要考虑这一点才能正确确定您的位置。

来源：智科院一点号