愛因斯坦的引力理論如何與量子力學(xué)統(tǒng)一起來?這是一個挑戰(zhàn)，可以讓人們對黑洞和宇宙的誕生等現(xiàn)象有更深刻的了解。

現(xiàn)在，由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)和美國麻省理工學(xué)院的研究人員在《自然通訊》上發(fā)表的一篇新文章中，提出了對理解量子引力重要挑戰(zhàn)的新認(rèn)識。

現(xiàn)代理論物理學(xué)的一個巨大挑戰(zhàn)是找到一個“大統(tǒng)一理論”，即能夠在一個單一的框架內(nèi)描述所有的自然規(guī)律——連接愛因斯坦的廣義相對論和量子力學(xué)——的理論。這樣一個“量子引力”理論將包括對自然界的宏觀和微觀描述。

“我們努力理解自然規(guī)律，而這些規(guī)律的書寫語言就是數(shù)學(xué)。當(dāng)我們在物理學(xué)中尋求問題的答案時，我們往往也會被引導(dǎo)到數(shù)學(xué)中。”查爾姆斯理工大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)系教授丹尼爾-佩爾森(Daniel Persson)解釋說，“這種互動在尋找量子引力方面尤為突出，因?yàn)檫M(jìn)行量子引力的實(shí)驗(yàn)是非常困難的。”

需要統(tǒng)一描述的一個例子是黑洞。當(dāng)一顆足夠重的恒星在其自身的引力下膨脹和坍縮，從而使其所有的質(zhì)量都集中在一個極小的體積內(nèi)時，就會形成黑洞。對黑洞的量子力學(xué)描述仍處于起步階段，但涉及高級數(shù)學(xué)。

量子引力的一個簡化模型

科學(xué)家說：“挑戰(zhàn)在于描述引力是如何作為一種'涌現(xiàn)'現(xiàn)象產(chǎn)生的。正如日?，F(xiàn)象--如液體的流動由單個液滴的混亂運(yùn)動產(chǎn)生一樣，我們想描述引力如何從微觀層面的量子力學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生。”

在最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇文章中，科學(xué)家們在一個被稱為“全息原理”的量子引力簡化數(shù)學(xué)模型中，展示了引力是如何從一個特殊的量子力學(xué)系統(tǒng)中出現(xiàn)的。

暗能量的漣漪

這篇新文章還可能對神秘的暗能量提供新的見解。在愛因斯坦的廣義相對論中，引力被描述為一種幾何現(xiàn)象。就像一張新鋪的床在人的重量下會彎曲一樣，重物也可以彎曲宇宙的幾何形狀。但根據(jù)愛因斯坦的理論，即使是真空空間--宇宙的“真空狀態(tài)”--也有豐富的幾何結(jié)構(gòu)。如果你能放大并在微觀層面上觀察這種真空，你就會看到量子力學(xué)波動或波紋(被稱為暗能量)。這種神秘的能量形式，從一個更大的角度來看，是宇宙加速膨脹的原因。

這項(xiàng)新工作可能帶來對這些微觀的量子力學(xué)波紋如何以及為何產(chǎn)生的新見解，以及愛因斯坦的引力理論和量子力學(xué)之間的關(guān)系，這是幾十年來科學(xué)家們一直無法解決的問題。

科學(xué)家表示，這些結(jié)果為測試全息原理的其他方面提供了可能性，如黑洞的微觀描述。他們也希望將來能夠利用這些新的聯(lián)系，在數(shù)學(xué)上取得新的突破。

該研究論文題為"Emergent Sasaki-Einstein geometry and AdS/CFT"，已發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。

關(guān)鍵詞： 量子力學(xué) 愛因斯坦 量子力學(xué)統(tǒng)一起來 引力理論