科学探索|我们探索量子引力的方向错了吗？我们探索量子引力的方向错了

北京时间9月29日消息，在基础层面上，我们经常假设有两种描述自然的方式，每种方式在自己的领域中运作良好，但却似乎无法很好地协同工作。一方面，我们知道构成宇宙的物质和能量，从恒星到原子再到中微子到光子，这一切都需要量子描述才能提炼它们的性质和行为。标准模型是量子物理学的顶峰，可以很好地描述我们在宇宙中测量到的每一次相互作用。

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电子具有波粒二象性，可像光子一样用于构建图像或探测粒子大小。
另一方面，我们也有广义相对论：我们的引力理论。然而，这基本上是一个经典理论，物质和能量的存在使空间结构弯曲，弯曲的空间反过来又告诉物质和能量如何穿过这个空间。虽然每一种理论在各自的有效性范围内运作良好，但仍有很多问题的解答，需要对两者均有透彻的了解。由于它们的根本差异以及根本上的不兼容性，我们可以想象的许多问题目前都超出了我们的能力范围。

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【科学探索|我们探索量子引力的方向错了吗？】质量弯曲空间结构以及空间随时间动态演化的想法对于爱因斯坦广义相对论的概念至关重要，但这个概念对量子物理学并不“友好” 。

这并不一定意味着物理学有任何问题，但又似乎在表明我们目前对事物的理解至少是不完整的。为了揭示我们知道什么、我们不知道什么，以及未来道路的可能性，来与物理学家李斯莫林深聊一番。斯莫林是量子引力领域的先驱，他的最新著作《爱因斯坦的未竟革命》详细介绍了对目前已知的量子宇宙之外的探索。
采访人员：你说量子场论和标准模型，以及引力的广义相对论，不能从根本上描述宇宙的原因是什么？
斯莫林：就是不能。你可以很容易地想到一些猜想没有给出一致预测的实验。更重要的是，原则上，量子物理的基础与广义相对论的基础相矛盾，是有原因的。我们需要让这些东西在原理层面上结合起来，因为它应该是自然的基本理论。
当然有实验的原因，也有原理的原因。在实验和原理之间，还有很多技术问题。这些技术问题也是概念冲突的结果：原理的冲突。
采访人员：能举一个例子吗？
斯莫林：当然。作为量子力学一部分的“波函数坍缩”在动态时空中是什么样的？哪一个根据广义相对论中的运动方程演化？
采访人员：爱因斯坦最初的统一想法起初是在几何学上，将经典电磁学加入广义相对论中，现在我们知道这是不可能的，因为我们知道宇宙本质上量子力学的。你写过一本关于“爱因斯坦未竟梦想”的书籍。为什么这个梦想是重要的？即便爱因斯坦的最初想法和这个梦想已经不再相关？
斯莫林：我不同意你对爱因斯坦最初想法相关性的看法，无论好坏。在科学革命史上，我们对自然的理解发生深刻的变化，而且是在各个可能的范围内发生变化。当你从亚里士多德科学家转变为牛顿科学家时，你对世界的看法在各个方面都发生了巨大变化，这些变化也有很多应用。
这里的利害关系是，爱因斯也在二十世纪初开启了两次革命：广义相对论和量子力学。他明白，这两者并不能给出一致的图景。事实上，他相信（我也同意他的看法），量子力学本身并不能给出一致的图景。直接地说，量子力学没有意义：量子力学是在二十世纪二十年代，有他的朋友和同事提出的。