为什么量化引力的时候会出现无穷大

我们拥有的关于引力的最佳理论是爱因斯坦的广义相对论，并且在过去100 年的一次又一次测试中被证明是正确的。但它仍然是一个经典理论，而不是量子理论。那么，为什么我们不能好好地使用广义相对论？为什么我们必须量化引力？一个简单的回答是，因为量子力学有效。

在某些情况下，量子力学的预测与可观察数据相吻合，并且精度达到十亿分之一，这是我们所拥有的最准确的现实理论。还有一点，广义相对论在量子尺度上崩溃了，例如它不能描述黑洞内部的奇点，理论上引力在无限小的尺度上变得无限大。

波函数告诉我们在屏幕的任何特定部分找到这些粒子的概率。它告诉我们，在发生某种相互作用之前，粒子都是波。在双缝实验的情况下，光子或电子波在撞击屏幕时发生相互作用，在屏幕上看到的是点状波，我们将其视为单个粒子。

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但是广义相对论告诉我们，任何有能量或质量的东西都会影响时空的曲率。像光子或电子一样的量子粒子，也必须具有引力效应。如果量子粒子具有引力效应，它必须影响时空，从而早早就通过引力作用而导致波函数坍缩，不会在屏幕上看到干涉图样。

为什么量子化引力如此困难？你可能听说过，当物理学家试图量化引力时会出现无穷大。这些无穷大从何而来？为了解释这一点，我们必须使用费曼图。该图表示一个电子和一个正电子湮灭以产生一个高能光子，然后又将其转换回一个电子和一个正电子。

在数学上描述这一点时，我们必须考虑所有粒子的所有动量以及各种粒子之间的所有潜在相互作用，最终有无数种相互作用的组合，这就是量子力学方程中出现无穷大的地方。

但是当考虑到引力时，这种重整化过程不起作用。这是因为根据广义相对论，引力不是一种力，这完全是关于时空的曲率。它与量子场论中的粒子无关，它与这些粒子或场所在的背景有关。如果我们使用与上面相同的费曼图，现在不仅仅是表示无数粒子相互作用的数学，我们还必须考虑每一种可能的相互作用下的每一种可能的时空配置，这使得我们现在无法摆脱无限。