新引力理论使期待已久的万物理论迈出关键一步

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，为深入理解宇宙起源开辟了道路。尽管理论物理学领域看似与应用技术相距甚远，但这项发现意义重大。现代技术正是建立在此类基础突破之上——例如，智能手机的全球定位系统（GPS）正是基于爱因斯坦的引力理论而运作。

米科·帕塔宁（Mikko Partanen）和尤卡·图尔基（Jukka Tulkki）在最新发表于《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，这些发现将在未来几年内解锁关键性认知。

"如果这最终能发展出完整的引力量子场论，它将为理解黑洞奇点和宇宙大爆炸等极端难题提供答案，"他表示。

帕塔宁指出："能连贯描述自然界所有基本力的理论常被称为'万物理论'"，尽管他本人并不喜欢这个术语。"某些物理学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物质多于反物质。"

调和不可调和之力

理论的关键在于找到用规范理论描述引力的合适方法——规范理论是一种通过场实现粒子相互作用的框架。"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）进行交互，"图尔基解释道。"因此当具有能量的粒子相互作用时，其能量属性引发的相互作用将通过引力场发生。"

物理学家长久面临的挑战是找到与另外三种基本力（电磁力、弱核力和强核力）的规范理论相兼容的引力规范理论。粒子物理标准模型正是描述这三种力的规范理论，且具有特定对称性。"核心思想是建立具有与标准模型对称性相似的引力规范理论标准模型对称性相似的引力规范理论，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强调。

缺乏这样的理论，物理学家便无法调和量子场论与广义相对论这两大核心理论。量子理论描述微观世界——粒子以概率方式相互作用——而广义相对论则阐释宏观物体的引力相互作用。二者是从不同视角对宇宙的描述，且均已被极高精度验证，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）的真正量子引力效应，需要更高精度的理论框架。

"要理解存在引力场与高能环境下的物理现象，量子引力理论不可或缺，"帕塔宁指出。这些条件存在于黑洞周边及大爆炸后的极早期宇宙——正是现有物理理论失效的领域。

出于对物理学终极命题的执着探索，他发现了基于对称性的新引力理论方法，并与图尔基共同深化该理论。这项研究成果极有可能开启科学认知的新纪元，其意义堪比引力理论为最终创建GPS系统铺平道路。

向科学界发出开放邀请

尽管理论前景广阔，两位研究者指出其完备性证明尚未完成。该理论采用名为"重整化"的技术流程——一种处理计算中无穷量的数学方法。目前帕塔宁和图尔基已证明该方法在"一阶项"层面有效，但仍需确保无穷量能在整个计算过程中被消除。"若重整化对高阶项失效，将得到无限结果。因此证明重整化持续有效至关重要，"图尔基解释。"完整证明尚待完成，但我们坚信成功可能性极高。"

帕塔宁对此表示认同。他坦言前路仍有挑战，但通过持续努力有望攻克。"虽无法预知具体时间，但未来几年我们必将获得突破性认知。"

目前他们已发布现有理论框架，以便科学界熟悉内容、验证结果、协助发展并拓展应用。

"正如先前的量子力学和相对论，我们期待此理论为科学家开启无数探索路径，"帕塔宁总结道。

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Journal Reference:

Mikko Partanen, Jukka Tulkki.Gravity generated by four one-dimensional unitary gauge symmetries and the Standard Model.Reports on Progress in Physics, 2025; 88 (5): 057802 DOI:10.1088/1361-6633/adc82e