“万物理论”真的来了?这两个科学家干了爱因斯坦都没能完成的事
发布时间:2025-05-18 06:38 浏览量:4
物理学这门学问,过去一百年最尴尬的事是什么?不是黑洞没人见过,也不是大爆炸谁都没经历过,而是我们对“万物”的理解,一直卡在一堵看不见的墙前:量子力学和广义相对论,水火不容。
一个讲的是概率和不确定性,处理微观粒子的世界;一个讲的是时空弯曲和引力,统治着宇宙的宏观秩序。前者说你永远无法精确知道一个粒子的位置和速度,后者说行星绕着太阳走的轨道精确到秒。
科学家当然不甘心。几十年来,成千上万的大脑,烧了无数CPU、白了无数头发,结果呢?量子和引力依旧不说话,像一对冷战几十年的前情侣,谁都不肯低头。有人骂他们“死结”,有人叫他们“物理学的世纪遗憾”。
但芬兰阿尔托大学的两个学者,Mikko Partanen 和 Jukka Tulkki,偏不信这个邪。他们提出了一种新的量子引力理论,
看起来,这一次,这堵墙可能真的出现裂缝了。
牛顿、爱因斯坦、然后呢?
人类对引力的理解,大致分三步走。
第一步,是牛顿。他说,引力就是两个物体之间的吸引力,跟质量成正比,跟距离的平方成反比。这套说法简单粗暴但很好用,毕竟从炮弹轨迹到地球绕太阳转,牛顿都能算。
第二步,是爱因斯坦。他不满足于“吸引力”这种模糊的解释。他说,引力不是力,而是时空的弯曲。质量告诉时空怎么弯,时空告诉物体怎么走。这一讲,宇宙的面目顿时变得玄妙起来,但也更贴近真相。
但第三步呢?
爱因斯坦之后,物理学一边发展出了量子场论,标准模型大行其道,把强核力、弱核力、电磁力都搞定了,唯独引力还在外面站岗。为什么?因为广义相对论是经典的,而量子场论是量子的,两者根本用的是不同的语言。
想让它们对话,得有人先搭个桥。
所有力都有“规矩”,引力也不能例外
现代物理的一个基本套路叫“规范理论”(Gauge Theory)。你可以理解成:物理规律是建立在某种“对称性”上的,而这种对称性产生的“规范场”负责把粒子之间的相互作用给组织起来。
举个简单例子:电子之间怎么知道要互相排斥?靠的就是电磁场这个“中间人”。而这个电磁场本质上就是“电荷守恒”的对称性在起作用。
同样,强核力、弱核力也都有自己的规范场——都是通过“对称性”来构建的。
那么问题来了:引力有没有可能也是一种规范场?
Partanen 和 Tulkki 的答案是:有,而且必须有。他们的做法是,把引力也放进规范理论的框架里,构造一种具备与标准模型相似对称性的“引力规范场”。
什么意思?
简单讲就是:别再硬套广义相对论那一套“时空自己在弯”的说法了,我们要用和量子场论一致的语法去重新定义引力,把它当成能量之间相互作用的一种“场”。场就能被量子化,能量就能交换,那一切就有可能讲得通。
换句话说,他们不是去修补旧的宇宙图纸,而是干脆换了一套绘图工具。
如果成功,黑洞和宇宙大爆炸的谜团都可能迎刃而解
一旦把引力“量子化”,我们就能去解释现在物理学最头疼的问题:黑洞的奇点、宇宙的起源、时间是否有尽头……这些极端环境是目前所有理论的盲区。
比如黑洞内部到底发生了什么?目前没有理论可以解释得清楚。再比如大爆炸那一刻,整个宇宙的能量密度趋于无限,时间几乎冻结——我们的数学工具在那一刻全部失效。
但如果有了完整的量子引力理论,那这些“死角”就有可能变成“可计算区域”。
Partanen 很清楚这意味着什么:“如果我们最终真的能建立起完整的量子引力场论,那它将给黑洞奇点和宇宙开端这些最难的物理问题提供答案。”他补了一句,“虽然我不太喜欢‘万物理论’这个词,但这一步确实非常关键。”
是的,科学家向来忌讳夸大,但这一次,连他们自己也不敢否认——如果能成,这就是革命性的。
没人说过道路会平坦,数学魔咒还未解除
当然,这一切听起来像神话,但前提是:这套理论在数学上必须站得住脚。而这正是目前的最大障碍——重整化问题。
所谓重整化,就是你在做量子场论计算时经常会遇到“无穷大”的鬼东西。为了让结果不崩盘,必须用某种数学手段把它“合理化”处理,让它变得有限。
目前,这套新引力理论在一阶近似(也就是最初级的计算)上,重整化是成立的。但如果继续往更高阶推导,还能不能解决掉那些“无限项”,目前还没有答案。
Tulkki 说得很直白:“如果我们无法在所有阶都完成重整化,那理论就会崩。”
所以,尽管他们已经把初步成果写成论文,发表在了国际权威期刊《Reports on Progress in Physics》上,但这只是开端。他们也很清楚:真正的验证,还得靠整个科学界一起来做。
结语:不敢说终点,但这很可能是通往终点的第一步
从牛顿到爱因斯坦,科学家一次又一次地颠覆人类对宇宙的认知。今天,Partanen 和 Tulkki 所做的,或许就是这个时代的又一次尝试。
他们没说自己一定成功了,也没说这是最终答案。但他们为物理学打开了一扇新的窗。至于这扇窗外是不是“万物理论”的曙光,那就得看这场集体智慧的接力赛,跑得够不够远了。
就像Partanen说的:“我不能告诉你什么时候会完成,但几年后,我们一定会知道更多。”
而人类离“理解一切”的那一天,也许正在这条路上,悄悄靠近。
✅ 原始论文