新型引力理论让长期追求的"万物理论"更近关键一步

阿尔托大学的研究人员提出了一种新的量子引力理论，该理论以与粒子物理学标准模型兼容的方式描述引力，为更深入理解宇宙起源打开了大门。尽管理论物理学的世界看似与应用技术相距甚远，但这些发现意义重大。现代技术正是建立在此类基础性突破之上——例如，智能手机中的全球定位系统（GPS）得以运作，正是基于爱因斯坦的引力理论。

米科·帕塔宁（Mikko Partanen）和尤卡·图尔基（Jukka Tulkki）在刚发表于《物理学进展报告》的论文中阐述了他们的新理论。第一作者帕塔宁预计，这些发现将在几年内解锁关键性的理解。

"如果这最终能形成完整的量子引力场论，那么它将为理解黑洞奇点和宇宙大爆炸这些极其困难的问题提供答案，"他表示。

"一个能连贯描述自然界所有基本力的理论常被称为'万物理论'，"帕塔宁说，尽管他本人不喜欢这个术语。"物理学的一些基本问题仍未得到解答。例如，现有理论尚未解释为何可观测宇宙中的物质多于反物质。"

调和不可调和之物

关键点在于找到一种在合适的规范场论中描述引力的方法——这是一种粒子通过场相互作用的模型。"最广为人知的规范场是电磁场。当带电粒子相互作用时，它们通过电磁场（即相关规范场）进行相互作用，"图尔基解释道。"因此当粒子具有能量时，它们仅因拥有能量而产生的相互作用将通过引力场发生。"

长期以来物理学家面临的挑战是，找到一种与其它三种基本力（电磁力、弱核力和强核力）的规范场论相兼容的引力规范场论。粒子物理学标准模型是描述这三种力的规范场论，它具有特定的对称性。"核心思想是建立一种具有与标准模型对称性相似的引力规范场论，而非基于广义相对论中截然不同的时空对称性，"该研究第一作者帕塔宁表示。

若缺乏这样的理论，物理学家便无法调和两大最强理论——量子场论和广义相对论。量子理论描述微观世界，即微小粒子以概率方式相互作用；而广义相对论则描述宏观世界中常见物体及其引力相互作用。它们是从不同视角对我们宇宙的描述，两种理论均已被证实具有非凡精度——却彼此互不相容。此外，由于引力相互作用微弱，要研究超越经典理论广义相对论的真质量子引力效应，需要更高的精度。

"理解存在引力场和高能环境下的现象需要量子引力理论，"帕塔宁指出。这些条件存在于黑洞周围以及大爆炸后极早期的宇宙——这些区域正是现有物理理论失效之处。

帕塔宁一直着迷于物理学的宏大问题，他发现了一种基于对称性的引力理论新方法，并与图尔基共同深化该思想。这项成果极有可能开启科学理解的全新时代，其意义如同理解引力为最终创建全球定位系统（GPS）铺平道路。

向科学界发出公开邀请

尽管该理论前景广阔，但两位研究者指出尚未完成其证明。该理论采用了一种名为"重正化"的技术流程——这是处理计算中出现无穷量的数学方法。目前帕塔宁和图尔基已证明该方法在特定阶段（即所谓"一阶项"）有效，但他们需要确保无穷量能在整个计算过程中被消除。"如果重正化对高阶项失效，就会得到无限结果。因此证明重正化持续有效至关重要，"图尔基解释。"我们仍需完成全部证明，但相信成功概率极高。"

帕塔宁表示认同。他指出前方仍有挑战，但预计通过时间和努力终将克服。"虽无法断言具体时间，但几年后我们对此定会有更深入的认知。"

目前他们已按现有形式发表该理论，以便科学界熟悉、验证其结果、协助进一步发展并以此为基础进行构建。

"正如量子力学和相对论曾带来的变革，我们希望该理论能为科学家开启无数探索路径，"帕塔宁总结道。