科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

長(zhǎng)期以來(lái)，物理學(xué)家一直在努力調(diào)和現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱——量子場(chǎng)論和愛因斯坦廣義相對(duì)論之間的不兼容性。如今，芬蘭阿爾托大學(xué)研究人員提出了一種新的量子引力理論，它描述引力的方式與粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型一致，為深入理解宇宙起源打開了思路。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《物理學(xué)進(jìn)展報(bào)告》上。

能夠統(tǒng)一自然界所有基本相互作用的理論被稱為“萬(wàn)物理論”。目前，物理學(xué)界許多基礎(chǔ)問題仍未得到解答，其中一個(gè)長(zhǎng)期存在的難題就是，如何構(gòu)建一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)模型中其他3種基本力（電磁力、弱核力和強(qiáng)核力）相容的引力規(guī)范理論。

如果沒有這樣的理論，科學(xué)家就無(wú)法真正統(tǒng)一量子場(chǎng)論和廣義相對(duì)論。前者描述了微觀世界中粒子的概率性行為，后者則描述了宏觀物體及其引力作用。這兩個(gè)理論都經(jīng)過(guò)了極高的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但它們從本質(zhì)上是對(duì)宇宙的不同解釋，彼此之間并不兼容。特別是在涉及高能量和強(qiáng)引力的情況下，比如黑洞附近，或大爆炸剛發(fā)生后的宇宙起源早期階段，現(xiàn)有理論就顯得無(wú)能為力。

為了處理這類極端情況，物理學(xué)家需要一個(gè)完整的量子引力理論。該理論引入了一種稱為“重整化”的數(shù)學(xué)工具，用于解決計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的無(wú)窮大問題。目前，研究人員已經(jīng)證明這一方法在“一階”系統(tǒng)下（用于數(shù)學(xué)、哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一種形式系統(tǒng)）有效，但他們?nèi)孕柽M(jìn)一步確認(rèn)，在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中是否都能成功消除這些無(wú)窮大。

這一理論尚未完全驗(yàn)證，但其潛力令人振奮。研究人員表示，就像量子力學(xué)和相對(duì)論曾經(jīng)開辟出全新的研究領(lǐng)域一樣，他們希望這一理論也能為未來(lái)的科學(xué)探索提供廣闊空間。

總編輯圈點(diǎn)：

這項(xiàng)研究為實(shí)現(xiàn)物理學(xué)界夢(mèng)寐以求的“萬(wàn)物理論”提供了新的可能性。它突破了傳統(tǒng)廣義相對(duì)論與量子力學(xué)之間的鴻溝，具有重要的理論意義。盡管目前該理論仍待進(jìn)一步驗(yàn)證，但其思路清晰、邏輯自洽，能為未來(lái)探索開辟出可行的路徑。若能進(jìn)一步推廣至更高階計(jì)算并獲得實(shí)驗(yàn)支持，或?qū)⒄嬲绊懳覀儗?duì)黑洞、大爆炸、宇宙起源以及極端物理現(xiàn)象的理解。可以說(shuō)，這項(xiàng)看似枯燥的研究，實(shí)際上推動(dòng)了基礎(chǔ)物理的發(fā)展。