有些仇恨是如此强烈,以至于永远无法化解。贝蒂和琼。蝙蝠侠与小丑。汉密尔顿和伯尔。
看起来该列表将包括和量子理论,这两个描述宇宙的数学框架无法组合在一起。
但在新论文中,伦敦大学学院的物理学家乔纳森·奥本海姆声称已经找到了解决他们分歧的方法。
而且它变得更好了——第二篇论文提出了一种通过实验测试它的方法。
“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非常重要,”奥本海姆解释说。
“时空应该被量子化,还是我们应该修改量子理论,或者完全是另外一回事?”
宇宙在不同尺度上的行为方式并不统一,我们有不同的工具来探索和描述它。广义相对论是描述在大尺度的物理宇宙中,基于重力弯曲时空的方式。
它可以用来对宇宙做出预测;广义相对论预言,,还有一些。
在更小的尺度上——原子和亚原子——引力并不像相对论下那样起作用。需要一套不同的规则来描述物质的行为和相互作用的方式。这就是量子理论。
几十年来,物理学家一直试图找出如何使这两个规则集协同工作。相对论和量子理论领域在现实世界中相互作用,但科学家们一直无法弄清楚如何相互作用。
目前的想法是,引力可以以某种方式用量子理论来描述,或者说是量子化的。这背后的理论包括和量子环理论。
但奥本海姆在他的论文中提出了一种完全不同的替代方案。如果时空完全由经典物理学统治而无法量子化怎么办?
想象现实是您的电脑或手机屏幕。你可以清楚地看到大图,但如果你在屏幕上使用放大镜,你会看到它是由微小的单元组成的。
根据量子理论,这就是宇宙。如果你放大得足够远,它是由微小的基本单位或量子组成的,。如果时空不是量子的,那么放大多远都没有关系。一切都会顺利。
然而,根据奥本海姆的理论,时空不仅是光滑的,而且会变得不稳定且不可预测。
这是它可以测试的地方。这种波动会导致可测量特性的波动,该波动大于量子理论预测的波动。
通过正确的实验,物理学家可以寻找这些波动。
“我们已经证明,如果时空不具有量子性质,那么时空曲率必然存在随机波动,这种波动具有可以通过实验验证的特定特征,”物理学家扎克·韦勒·戴维斯说伦敦大学学院。
“在量子引力和经典引力中,时空在我们周围一定正在经历剧烈和随机的波动,但其规模我们尚未能够检测到。但如果时空是经典的,那么波动必须大于一定的尺度,这个尺度可以通过另一个实验来确定,在这个实验中我们测试可以将重原子放入其中多长时间处于两个不同的地点。”
现在,相对论和量子力学的问题是一个大问题。解决这个问题需要绝对非凡的证据,而我们离这个还很远。
奥本海姆的理论当然遭到了科学界内部的反对。
事实上,物理学家们卡罗·罗韦利和杰夫·佩宁顿他们强烈地感觉到量子理论可以描述引力以 5,000:1 的赔率与奥本海姆签约。
卡洛提出给我 5000 个彩球,这样我就可以玩 bazinga:https://t.co/teDCXmj9w4如果他赢了,我就给他一颗红球。但我不玩 bazinga,他似乎对我的建议不感兴趣:50 毫升橄榄油还是葡萄酒? .00002 比特币?一包薯片?我家? 2/
— 乔纳森·奥本海姆 (@postquantum)2021 年 1 月 21 日
但即使在实验中什么也没发现,所以无论实验结果如何,我们都可以从中学到一些有趣且有价值的东西。
“测试时空本质的实验需要大规模的努力,但从理解自然基本定律的角度来看,它们非常重要,”物理学家 Sougato Bose 说伦敦大学学院的教授,他没有参与这些论文。
“我相信这些实验是可以实现的——这些事情很难预测,但也许我们会在未来 20 年内知道答案。”