爱因斯坦的引力和量子力学终于结合了？

2023年12月6日外媒刊文。

爱因斯坦的引力和量子：一个带轮子的旧机器和一种投射螺旋线的望远镜，以及许多行星的令人困惑的图形。

本周，伦敦大学学院的物理学家在同时发表的两篇论文中宣布了一个激进的新理论，该理论始终如一地统一了爱因斯坦的引力和量子力学，同时保留了爱因斯坦的经典时空概念。

伦敦大学学院于2023年12月4日发表了这篇文章。经许可在此转载。

爱因斯坦的引力与量子力学

现代物理学建立在两大支柱之上。一个是量子理论，它控制着宇宙中最小的粒子。另一个是爱因斯坦的广义相对论，它通过时空的弯曲来解释引力。但这两种理论相互矛盾，一个多世纪以来，和解一直难以捉摸。

普遍的假设是修改爱因斯坦的引力理论，或“量子化”以适应量子理论。这是量子引力理论的两个主要候选者，弦理论和环量子引力的方法。

但是伦敦大学物理与天文学院的乔纳森·奥本海姆提出了一个新的理论。在同行评审的开放获取期刊《物理评论X》（PRX）上的一篇新论文中，他挑战了这一共识，并采取了另一种方法，认为时空可能是经典的。也就是说，根本不受量子理论的支配。

以下是爱因斯坦引力和量子力学的原理

该理论被称为“经典引力的后量子理论”，而不是修改时空，而是修改量子理论。它预测了由时空本身介导的内在可预测性崩溃。这导致时空中的随机和剧烈波动，比量子理论中设想的要大，如果测量得足够精确，物体的表观重量将变得不可预测。

第二篇论文同时发表在同行评审的开放获取期刊《自然通讯》上，由奥本海姆的前博士生领导，研究了该理论的一些后果。它还提出了一个实验来测试它：非常精确地测量质量，看看它的重量是否会随着时间的推移而波动。

例如，法国国际度量衡局（International Bureau of Weights and Measures）通常称1公斤的质量，这曾经是1公斤的标准。如果这1公斤质量的测量波动小于数学一致性所需的波动，他们可以排除这一理论。

在过去的五年里，伦敦大学学院的研究小组一直在对这一理论进行压力测试，并探索其后果。

奥本海姆教授说：

量子理论和爱因斯坦的广义相对论在数学上是不相容的。因此，了解如何解决这一矛盾是很重要的。时空应该被量子化，还是我们应该修改量子理论，或者它完全是另一回事？现在我们有了一个一致的基本理论，其中时空不会被量子化，这是任何人的猜测。

合著者Zach Weller Davies是伦敦大学学院的博士生，他帮助制定了实验方案，并对理论本身做出了关键贡献，他说：

这一发现挑战了我们对引力基本性质的理解，但也为探索其潜在的量子性质提供了途径。

我们已经证明，如果时空不具有量子性质，那么时空的曲率一定会有随机波动，这种波动具有可以通过实验验证的特定特征。

在量子引力和经典引力中，时空一定在我们周围经历着剧烈而随机的波动，但其规模是我们尚未探测到的。但是，如果时空是经典的，波动必须大于某个尺度，这个尺度可以通过另一个实验来确定，在这个实验中，我们可以测试重原子在两个不同位置叠加的时间。