引力量子场示意图。图片来源：芬兰阿尔托大学
长期以来，物理学家一直在努力调和现代物理学的两大支柱——量子场论和爱因斯坦广义相对论之间的不兼容性。如今，芬兰阿尔托大学研究人员提出了一种新的量子引力理论，它描述引力的方式与粒子物理学标准模型一致，为深入理解宇宙起源打开了思路。相关研究发表在最新一期《物理学进展报告》上。
能够统一自然界所有基本相互作用的理论被称为“万物理论”。目前，物理学界许多基础问题仍未得到解答，其中一个长期存在的难题就是，如何构建一个与标准模型中其他3种基本力（电磁力、弱核力和强核力）相容的引力规范理论。
如果没有这样的理论，科学家就无法真正统一量子场论和广义相对论。前者描述了微观世界中粒子的概率性行为，后者则描述了宏观物体及其引力作用。这两个理论都经过了极高的实验验证，但它们从本质上是对宇宙的不同解释，彼此之间并不兼容。特别是在涉及高能量和强引力的情况下，比如黑洞附近，或大爆炸刚发生后的宇宙起源早期阶段，现有理论就显得无能为力。
为了处理这类极端情况，物理学家需要一个完整的量子引力理论。该理论引入了一种称为“重整化”的数学工具，用于解决计算过程中出现的无穷大问题。目前，研究人员已经证明这一方法在“一阶”系统下（用于数学、哲学、语言学及计算机科学中的一种形式系统）有效，但他们仍需进一步确认，在整个计算过程中是否都能成功消除这些无穷大。
这一理论尚未完全验证，但其潜力令人振奋。研究人员表示，就像量子力学和相对论曾经开辟出全新的研究领域一样，他们希望这一理论也能为未来的科学探索提供广阔空间。
【总编辑圈点】
这项研究为实现物理学界梦寐以求的“万物理论”提供了新的可能性。它突破了传统广义相对论与量子力学之间的鸿沟，具有重要的理论意义。尽管目前该理论仍待进一步验证，但其思路清晰、逻辑自洽，能为未来探索开辟出可行的路径。若能进一步推广至更高阶计算并获得实验支持，或将真正影响我们对黑洞、大爆炸、宇宙起源以及极端物理现象的理解。可以说，这项看似枯燥的研究，实际上推动了基础物理的发展。
（记者 张梦然）
来源：科技日报
