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物理学中最难攻克的问题:引力为什么还不能被量子化

科学探索万象经验2023-05-08

其他三种基本作用力都可以用量子场论来描述,它们是由一种或几种无质量或有质量的粒子(称为规范玻色子)通过交换来传递的,比如电磁力就是由光子来传递的。这些粒子都遵循量子力学的规律,而且这些理论都经过了大量的实验验证,并能够给出非常精确和一致的预测。

首先,在极端情况下(比如黑洞奇点或者宇宙大爆炸),广义相对论会失效或者给出发散的结果,因为它不能处理时空的奇点。这就需要一个能够同时考虑引力和量子效应的理论,也就是所谓的量子引力理论。其次,在概念上,广义相对论和量子场论也有很大的差异。广义相对论认为时空是动态的、弯曲的、连续的,并且遵循决定性的方程。而量子场论认为时空是静态的、平坦的、离散的,并且遵循概率性的规则。这两种观点很难协调起来。

因此,要把引力成功地量子化,就需要找到一种新的数学语言和物理原理,来描述时空和物质在极端情况下(比如普朗克尺度)的行为。目前还没有一个被普遍接受或者被实验验证过的量子引力理论,但有一些候选者,比如弦理论、非交换几何等。这些理论都有各自的优点和缺点,也都面临着一些困难和挑战。要想真正解决引力量子化这个问题,可能还需要更多的创新和突破。