物理學家發表新理論，探索串聯引力學和量子力學

IT之家 12 月 5 日消息，現代物理學建立在兩大支柱上，其一是量子理論，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。不過兩種理論互相矛盾，在過去一個多世紀以來，物理學家不斷探索調和兩種理論。

物理學家在探索過程中也衍生出了各種假說，認為愛因斯坦的引力理論必須被修改或“量子化”，才能適應量子理論，并以此衍生了引力量子理論、弦理論和環量子引力等。

倫敦大學學院物理與天文學系的喬納森?奧本海姆（Jonathan Oppenheim）教授提出的一項新理論，兩項相關成果發表在《物理評論 X》（PRX）上。

這項新理論稱為“經典引力的后量子理論”（postquantum theory of classical gravity），在保留了愛因斯坦的經典時空概念同時，統一了引力學和量子力學。

在介紹該理論之前，IT之家先介紹下愛因斯坦的經典時空概念。愛因斯坦認為，時間并不獨立存在的一種實體，而是和空間緊密耦合在一起的伴生品，即所謂的宇宙時空。

在愛因斯坦的廣義相對論中，宇宙時空是一個四維結構，除了三維的長寬高外第四個維度就是時間，愛因斯坦還證明了時間是相對的，不同環境下的時間流逝速度也不一樣，甚至每個人感覺到到的時間都不一樣。

這項新的理論認為時空可能是經典的，不受量子理論的支配。該理論修改了量子理論，預測了由時空本身介導的可預測性的內在崩潰。

這導致時空的隨機和劇烈波動，其波動比量子理論所設想的要大，如果測量得足夠精確，物體的表觀重量是不可預測的。

第二篇論文同時發表于 自然通訊 在奧本海姆教授以前的博士生的帶領下，他研究了該理論的一些后果，并提出了一個實驗來測試：非常精確地測量質量，看看它的重量是否會隨著時間的推移而波動。

例如，法國國際計量局通常稱量 1 公斤的質量，并以此作為 1 公斤的標準。如果這 1 公斤質量的測量波動小于數學一致性所需的波動，則可以排除該理論。

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。

IT之家附上論文參考地址：

• https://www.ucl.ac.uk/oppenheim/pub/quantum_vs_classical_bet.pdf

• Oppenheim, J., Sparaciari, C., ?oda, B. et al. Gravitationally induced decoherence vs spacetime diffusion: testing the quantum nature of gravity. Nat Commun 14, 7910 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467023433482