激進(jìn)的新理論最終可以統(tǒng)一物理學(xué)中最大的兩個(gè)框架

有些敵意是如此強(qiáng)大，以至于永遠(yuǎn)無(wú)法解決。貝蒂和瓊。蝙蝠俠與小丑。漢密爾頓和伯爾。

看起來(lái)該列表將包括廣義相對(duì)論和量子理論，兩個(gè)描述宇宙的數(shù)學(xué)框架，它們不能組合在一起。

但在新論文中，倫敦大學(xué)學(xué)院的物理學(xué)家喬納森·奧本海姆（Jonathan Oppenheim）聲稱已經(jīng)找到了解決他們分歧的方法。

它變得更好了——第二篇論文提出了一種通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試它的方法。

“量子理論和愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論在數(shù)學(xué)上是不相容的，所以理解這個(gè)矛盾是如何解決的很重要。奧本海姆解釋道.

“時(shí)空應(yīng)該被量子化，還是應(yīng)該修改量子理論，或者完全是另一回事？”

宇宙在各個(gè)尺度上的行為并不統(tǒng)一，我們有不同的工具來(lái)探索和描述它。廣義相對(duì)論是描述引力相互作用在大尺度的物理宇宙中，基于引力彎曲時(shí)空的方式。

它可以用來(lái)預(yù)測(cè)宇宙;廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)引力波,引力透鏡和一些黑洞的行為.

在更小的尺度上——原子和亞原子——引力并不像在相對(duì)論下那樣起作用。需要一套不同的規(guī)則來(lái)描述物質(zhì)的行為和相互作用方式。這就是量子理論。

幾十年來(lái)，物理學(xué)家一直在試圖弄清楚如何使這兩個(gè)規(guī)則集協(xié)同工作。相對(duì)論和量子理論領(lǐng)域在現(xiàn)實(shí)世界中相互作用，但科學(xué)家們一直無(wú)法弄清楚如何相互作用。

目前的想法是，引力可以以某種方式用量子理論來(lái)描述，或者量子化。這是諸如以下理論的背后原因弦理論和量子環(huán)理論。

但在他的論文中，奧本海姆提出了一個(gè)完全不同的選擇。如果時(shí)空不能被量子化，因?yàn)樗耆山?jīng)典物理學(xué)支配呢？

想象一下，現(xiàn)實(shí)是你的電腦或手機(jī)屏幕。你可以清楚地看到大圖，但如果你在屏幕上使用放大鏡，你會(huì)看到它是由很小的單元組成的。

根據(jù)量子理論，這就是宇宙。如果你放大得足夠遠(yuǎn)，它是由微小的基本單位或量子組成的，喜歡屏幕上的像素.如果時(shí)空不是量子的，那么放大多遠(yuǎn)都無(wú)關(guān)緊要;它將永遠(yuǎn)是光滑的。

然而，根據(jù)奧本海姆的理論，時(shí)空不僅會(huì)是平滑的，還會(huì)變得搖擺不定和不可預(yù)測(cè)。

這是它變得可測(cè)試的地方。這種搖擺不定將導(dǎo)致可測(cè)量性質(zhì)的波動(dòng)大于量子理論預(yù)測(cè)的波動(dòng)。

通過(guò)正確的實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家可以尋找這些波動(dòng)。

“我們已經(jīng)證明，如果時(shí)空不具有量子性質(zhì)，那么時(shí)空曲率中一定存在隨機(jī)波動(dòng)，這些波動(dòng)具有可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的特定特征。物理學(xué)家扎克·韋勒-戴維斯（Zach Weller-Davies）說(shuō)倫敦大學(xué)學(xué)院。

“在量子引力和經(jīng)典引力中，時(shí)空必須在我們周圍經(jīng)歷劇烈和隨機(jī)的波動(dòng)，但其規(guī)模我們尚未能夠檢測(cè)到。但是，如果時(shí)空是經(jīng)典的，那么波動(dòng)必須大于一定尺度，而這個(gè)尺度可以通過(guò)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們測(cè)試我們可以將一個(gè)重原子放入多長(zhǎng)時(shí)間重合在兩個(gè)不同的地方。

現(xiàn)在，相對(duì)論和量子力學(xué)的問(wèn)題是一個(gè)大問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題需要絕對(duì)非凡的證據(jù)，而我們離那還很遠(yuǎn)。

奧本海姆的理論當(dāng)然遭到了科學(xué)界的反對(duì)。

事實(shí)上，物理學(xué)家們卡洛·羅維利和杰夫·佩寧頓感覺(jué)如此強(qiáng)烈，以至于量子理論可以描述他們所擁有的引力以 5,000：1 的賠率與奧本海姆簽約.

卡洛主動(dòng)提出給我 5000 個(gè)彩色球，這樣我就可以玩 bazinga：https://t.co/teDCXmj9w4如果他贏了，我會(huì)給他一個(gè)紅球。但我不玩bazinga，他似乎對(duì)我的提議不感興趣：50毫升橄欖油或葡萄酒？ .00002 比特幣？一包薯片？我的家？2/

— 喬納森·奧本海姆 （@postquantum）1月 21， 2021

但即使在實(shí)驗(yàn)中也一無(wú)所獲可以告訴我們重要的事情，因此無(wú)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何，我們都可以從中學(xué)到一些有趣和有價(jià)值的東西。

“測(cè)試時(shí)空本質(zhì)的實(shí)驗(yàn)需要付出巨大的努力，但從理解自然基本規(guī)律的角度來(lái)看，它們非常重要。物理學(xué)家 Sougato Bose 說(shuō)倫敦大學(xué)學(xué)院，他沒(méi)有參與這些論文。

“我相信這些實(shí)驗(yàn)是觸手可及的——這些事情很難預(yù)測(cè)，但也許我們會(huì)在未來(lái)20年內(nèi)知道答案。

奧本海姆的理論已發(fā)表在物理評(píng)論 X.一個(gè)旨在測(cè)試它的實(shí)驗(yàn)在自然通訊.

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