“不可調和的矛盾”握手言和了？新理論將愛因斯坦引力與量子力學相統一

科技日報記者 張夢然

英國倫敦大學學院（UCL）物理學家4日在《物理評論X》和《自然·通訊》上發表的兩篇論文中提出了一種驚人的理論，該理論統一了引力和量子力學，同時保留了愛因斯坦的經典時空概念。

該圖像描繪了一個實驗，其中重粒子（如圖所示的月亮）引起干涉圖案（量子效應），同時也彎曲時空。懸掛的鐘擺描繪了時空的測量。實際實驗通常使用碳60（已知最大的分子之一）進行。倫敦大學學院的計算表明該實驗還應使用更高密度的原子（例如金）進行。圖片來源：艾薩克·楊

現代物理學建立在兩大支柱之上：一個是量子理論，它控制著宇宙中最小的粒子；另一個是愛因斯坦的廣義相對論，它通過時空彎曲來解釋引力。但這兩種理論相互矛盾，一個多世紀以來一直難以達成和解。

普遍的假設是，愛因斯坦的引力理論必須被修改或“量子化”，以適應量子理論。但研究團隊此次在《物理評論X》上提出的“經典引力的后量子理論”挑戰了這一假設，并表明時空可能是經典的，也就是說，根本不受量子理論的支配。

新理論不是修改時空，而是修改量子理論，并預測由時空本身介導的可預測性的內在崩潰。這會導致時空發生隨機劇烈的波動，其幅度比量子理論設想的要大，如果測量足夠精確，物體的表觀重量將變得不可預測。

發表在《自然·通訊》的論文則提出了一個實驗來測試該理論：非常精確地測量質量，觀測它的重量是否隨著時間的推移出現波動。

質量稱重——倫敦大學學院小組提出的一項實驗，它限制了任何經典處理時空的理論。圖片來源：艾薩克·楊

研究證明，如果時空不具有量子性質，那么時空曲率必然存在隨機波動，這種波動具有可通過實驗驗證的特定特征。

雖然實驗概念很簡單，但物體的稱重需要極其精確。研究闡明了兩個可測量的量之間的明確關系——時空漲落的規模，以及原子或蘋果等物體可在兩個不同位置的量子疊加中保持多長時間。

這一理論的出發點，是研究人員試圖解決黑洞信息問題。根據標準量子理論，進入黑洞的物體信息不會被破壞，但這違反了廣義相對論（廣義相對論認為永遠無法了解穿過黑洞事件視界的物體）。而由于可預測性的根本崩潰，新理論允許信息被破壞。

總編輯圈點：

愛因斯坦對美的執著，讓我們擁有了狹義相對論和廣義相對論。而量子力學迥異的氣質，讓愛因斯坦難以接受。目前我們處于兩者不得不妥協的灰色地帶。牛頓力學未覆蓋到的世界，由相對論解釋其宏觀尺度，各種量子引力和弦理論解釋微觀問題。哪個理論更有前景仍懸而未決。即便量子引力理論成功，還有暗物質暗能量的難題。此次新理論獨辟蹊徑，從另一端開掘隧道，試圖讓愛因斯坦和量子論握手，或許會開創理論物理的新陣地。我們拭目以待。

（來源：科技日報）

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