更新时间：2025-05-19 07:24作者：佚名
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我们问四个物理学家，为什么重力在各种力量中似乎如此独特。从四位物理学家那里，我们得到了四个不同的答案。
物理学家仍在想，苹果为什么跌倒？
物理学家对自然界中的四种力中的三种相对应：电磁力，强核力和弱核力量与其量子颗粒的起源相对应，但是第四力量：重力与其他三个力量不同。
一个世纪前，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）建立了一个重力框架，直到今天。它告诉我们，苹果从恒星周围的树木和行星轨道上掉落是由于它们在时空连续体中沿曲线运动，这是重力曲线。爱因斯坦认为重力是时空介质的特征，自然界中的其他力量在此阶段起着作用。
但是在黑洞的中心或宇宙开始时，爱因斯坦的方程式失败了。为了准确描述这些极端，物理学家需要一个更现实的引力图像，在极端情况下，必须像爱因斯坦的方程一样准确。
物理学家认为，像其他三个力量一样，在这种更现实的理论中，重力必须具有量子形式。早在1930年代，研究人员就一直在寻找重力理论。他们发现了一些可能的想法，尤其是字符串理论，弦理论认为重力和其他现象是由字符串的微小振动引起的，但是到目前为止，这些仍然是猜测，尚未完全理解。也许，找到有效的量子理论是当今物理学中最崇高的目标。
是什么使重力如此独特？
潜在量子特性的第四力与以前有何不同？
我们询问了四个不同的量子重力研究人员，并得到了四个答案。
重力诞生了奇点
伦敦帝国学院的理论物理学家克劳迪娅·鼓（Claudia Drum）曾研究过质量重力理论，该理论假设重力量子是有质量的粒子。
爱因斯坦的一般相对论正确地描述了近30个数量级的重力的行为：从亚毫米尺度到宇宙距离。在如此宽泛的情况下，没有其他力量能够具有如此精确性。实验和观察之间的一致性达到了很高的水平，以至于一般相对论似乎提供了重力的最终描述。但是，总体相对性令人惊讶的是，它可以预测其自身的衰落。
一般相对性预测了黑洞和宇宙起源时的大爆炸。但是，在这些地方的“奇异性”，即带有空间和时间无限曲率的神秘点，是一般相对性崩溃的信号标志。当人们接近黑洞中心的奇异性或大爆炸奇点时，一般相对性的预测不再正确。目前，应该有一个更基本的和基本的空间描述。如果我们可以揭示这个新的物理层，也许我们可以对空间和时间本身有了新的了解。
如果重力是本质上的其他力，我们可以通过具有较高能量和较小距离的实验深入检测它。但是重力与普通力不同。当试图揭示其本质并将实验集中在特定点上时，实验设备本身就会崩溃成黑洞。
重力导致黑洞
MIT的量子重力理论家Daniel Harlowin以将量子信息理论应用于重力和黑洞的研究而闻名。
重力和量子力学难以结合的原因是：黑洞。黑洞只能是重力的结果，因为重力是所有物质都能感觉到的力量。如果任何粒子没有重力，则可以用来从黑洞内部发送信息，而黑洞实际上不会是黑色的。
所有物质都可能受到重力的事实限制了许多实验的进度：无论您建造什么设备或制造什么设备，它都不会太重，否则在重力的作用下它将倒入黑洞中。这种约束在日常生活中无关紧要，但是如果您想尝试建立一个测量重力的量子机械性能，这将变得至关重要。
我们对自然界其他力量的理解是基于本地化原则，该原则认为，可变的——描述了空间每个点发生的情况，例如电场强度——可以独立改变。此外，这些变量称为“自由度”，只能直接影响其最近的邻居。本地化对于我们目前描述粒子及其相互作用的方式很重要，因为它保留了因果关系。例如，如果马萨诸塞州剑桥的自由取决于旧金山的自由，我们也许可以利用这种依赖性来使两个城市之间的即时通信，甚至可以向过去发送信息，这可能违反因果关系。
总体上对定位假设进行了充分的验证，可以假定它可以扩展到与量子重力相关的非常短的距离（这些距离很小，因为重力比其他力弱得多）。为了确认这些短途尺度上的位置，我们需要建立一个测试装置，该设备可以测量距离如此接近时自由度是否独立。但是，一个简单的计算表明，即使是避免仅在其位置下量子波动的设备也会崩溃到黑洞中，因为它太重了！因此，不可能在此规模上满足所在地。因此，量子重力无需在此长度尺度上遵守位置。
实际上，到目前为止，我们对黑洞的理解表明，任何量子重力理论中自由度的数量应远低于根据其他力量的经验所期望的。这个想法汇编成“全息原理”，大致说明，空间区域的自由度与其表面积成正比，而不是其体积。
黑洞| Wiki
重力是用一无所有的
新泽西州普林斯顿高级研究所的量子重力理论家胡安·马尔达塞纳（Juan Maldasena）以发现重力和量子力学之间的全息图关系而闻名。
颗粒可以显示许多有趣且令人惊讶的现象。颗粒可以自发产生，并且在较远的粒子之间会有纠缠，并且在多个位置存在叠加的颗粒。
在量子重力中，时空本身以一种新颖的方式表达。我们不是创建粒子，而是宇宙。纠缠被认为是在遥远的时空区域之间建立联系，而不同时间空间中的宇宙可以具有叠加状态。
此外，从粒子物理的角度来看，空间真空是一个复杂的对象。我们可以想象许多称为字段的实体，它们相互叠加并在整个空间中延伸。每个场的值在短距离内连续波动，并从这些波动场及其相互作用中出现真空。在这种真空状态下，粒子被视为干扰，我们可以将它们描述为真空结构中的小缺陷。
当我们考虑重力时，我们发现宇宙的扩展似乎会产生虚无的真空成分。创建空间时，它对应于没有任何缺陷的真空。我们需要回答真空如何出现的问题，从而获得对黑洞和宇宙学相同的量子描述。在这两种情况下，都有一个时空拉伸会导致产生更多真空物质。
重力无法计算
里海大学的理论物理学家Sera Cremonini从事弦理论，量子重力和宇宙学。
重力很特别的原因有很多。要专注于一个方面，爱因斯坦相对论一般理论的量子版本是“无组织的”，这对高能量引力行为产生了很大的影响。
在量子理论中，当您尝试计算高能颗粒之间的散射和相互作用时，出现无限术语。在可重组的理论（包括重力以外的所有自然力的理论）中，我们可以通过适当地添加其他数量（所谓的反相反）来以严格的方式消除这些无限。这种重新化过程可以产生与实验在物理上一致的答案，并且准确性很高。
量子版本相对论的问题是，描述高能引力相互作用的计算——量化的重力单元——将具有无限的多个无限项。您需要在永无止境的过程中添加无限数量的反条件，重组将失败。因此，爱因斯坦的一般相对论的量子版本不能很好地描述重力，而中间不可避免地缺乏重力的一些关键特征和组成部分。
但是，在低能条件下，我们仍然可以使用标准量子技术具有非常好的重力近似值，该技术可用于自然界的其他相互作用。重要的是，对重力的大概描述将在一定的能量尺度上或低于一定的长度。
在这种能量尺度或相关长度尺度上，我们希望找到新的自由度和新的对称程度。为了准确捕获这些特征，我们需要一个新的理论框架。这正是字符串理论或其他一些推论的来源：根据字符串理论，在很短的距离之内，我们将看到gravitons和其他粒子是扩展的对象，称为字符串。研究这种可能性可以为我们提供较高的力量行为的宝贵经验。
作者：Natalie Wolchover
翻译：nuor
评论：Xux
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