爱因斯坦重力概念、量子力学本质上相互矛盾，谁该修改？

darthracer · 2024-1-16 08:50

现代物理学核心有条巨大鸿沟，科学家已花一个多世纪试图弥合不兼容的量子力学与爱因斯坦广义相对论。现在，英国物理学家Jonathan Oppenheim提出协调量子力学、爱因斯坦重力概念在数学上不兼容的新框架。

现代物理学创建于2大支柱之上：控制着宇宙最小粒子行为的量子理论，以及通过时空扭曲解释重力的爱因斯坦广义相对论，量子力学在原子尺度上给出完美描述，爱因斯坦广义相对论对重力如何塑造宇宙的预测则从未被证明哪里出错，但这2种理论从根本上相互矛盾，一个多世纪以来始终未和解。

一般认为爱因斯坦的引力理论需修改或“量子化”，因此而衍生的2个最主要量子重力理论即弦理论（string theory）、循环量子重力论（loop quantum gravity，LQG）。

但伦敦大学学院（UCL）天文物理学家Jonathan Oppenheim发布的2篇新论文挑战这项共识。第一篇发表在《Physical Review X》的论文提出“后量子经典重力理论（postquantum theory of classical gravity）”，Jonathan Oppenheim选择修改量子理论，在统一重力与量子力学的同时保留爱因斯坦经典时空概念，或者说时空根本不受量子理论支配。

Jonathan Oppenheim认为，时空无论放大多少倍都仍平滑且连续，而非“量子化”成离散单位，因此时空本质也不稳定，时间流动速度不可预测且随机波动，就像溪流潮起潮落，导致时空存在可预测性的内在崩溃，发生随机剧烈波动的幅度比量子理论设想还大。

第2篇论文发表在《自然通信》期刊，提出一项精确测量物体重量微小波动来揭示时空“摆动”的实验，如果时空不具量子性质，那么时空曲率必然存在随机波动，这种波动可以通过实验验证特定特征。

说到这，Jonathan Oppenheim还和支持循环量子重力论的科学家Geoff Penington打赌，最后胜出的究竟是“重力理论”或“量子重力理论”。

虽然测试时空本质的实验需要耗费大量心血，未来20年，或许这些实验能让我们知道答案。