芬兰科学家提出新引力理论，有望统一量子物理与相对论

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芬兰科学家提出新引力理论，有望统一量子物理与相对论

原创  刘老师  一直奇怪  2025 年 08 月 10 日 18:28  北京

2025 年 5 月 9 日 —— 引力，这一宇宙间无处不在的基本力，从苹果落地到星系运转，时刻彰显着它的存在。然而，尽管人类对引力现象早已熟知，其本质却始终如谜，成为物理学界最大的未解难题之一。芬兰阿尔托大学（Aalto University）的科学家带来了令人振奋的消息，他们提出的全新引力理论，为调和量子力学与爱因斯坦广义相对论的矛盾提供了关键线索，向着构建 “万物理论” 的宏伟目标迈出了重要一步。



百年矛盾：广义相对论与量子力学的冲突

广义相对论：爱因斯坦的广义相对论将引力诠释为时空的弯曲，在宏观尺度上，无论是解释地球上物体的重力现象，还是精确预测行星围绕太阳的轨道，亦或是描述黑洞周围的时空扭曲，都展现出了惊人的准确性，与实际观测高度吻合。

量子力学：量子力学则深入微观世界，揭示了粒子诸如波粒二象性、量子纠缠等奇异特性。基于量子力学发展起来的半导体技术、激光技术等，极大地推动了现代科技的进步，从日常使用的智能手机到复杂的量子计算机，背后都离不开量子力学的理论支撑。

然而，当这两大理论遭遇极端条件，如黑洞内部的超强引力场或宇宙大爆炸后的极早期高温、高密度环境时，矛盾便凸显出来。在这些情况下，广义相对论的数学公式会出现无法处理的无穷大问题，而量子力学的规则也不再适用，两者难以兼容，使得科学家们长期以来难以构建一个统一的理论来描述宇宙的所有现象。过去的数十年间，众多物理学家投身于解决这一矛盾的探索中，弦理论、圈量子引力理论等相继被提出，但遗憾的是，这些理论均未得到实验的有力验证。

新理论框架：统一引力的创新尝试

此次芬兰阿尔托大学的米科·帕塔宁（Mikko Partanen）和尤卡·图尔基（Jukka Tulkki）提出的 “统一引力（Unified Gravity）” 理论，另辟蹊径，从规范对称性这一独特视角出发，为引力的量子化提供了新的思路。

在粒子物理学的标准模型中，规范对称性起着至关重要的作用。承载电磁力的光子源于 U (1) 对称性，弱力由 W 玻色子和 Z 玻色子传递，其对称性为 SU (2)，强力则由胶子介导，对应 SU (3) 对称性。帕塔宁和图尔基思考，引力是否也能源自某种规范对称性呢？

经过深入研究，他们引入了一个名为 “时空维度场（space - time dimension field）” 的全新数学工具。通过这一工具，成功得到了 4 个与光子类似的 U (1) 对称性，进而构建出了全新的可量子化的引力场。简单来说，他们构造出了一种引力子，并利用费曼图清晰地描绘出了引力子与电子、光子等其他粒子的相互作用过程。更为关键的是，该理论在一定程度上成功消除了引力子带来的无穷大问题，实现了 “单圈（one - loop）” 可重整。

在量子场论中，计算粒子相互作用时常常会出现 “圈图”，有时这些圈图积分会得出无穷大的结果。以往针对引力子自相互作用产生的无穷大问题，常规数学手段难以消除，而新理论通过引入新的对称性、耦合一些无量纲常数等多种巧妙方法，在 “单圈（一阶圈图）” 的低阶计算中成功避免了无穷大的出现。这是几十年来，首次有人在标准模型的规范场框架下，构建出了一个在结构上自洽、量子层面成立且能与粒子物理相互兼容的引力理论。

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