发布日期：2026-09-13 06:58    点击次数：75

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咱们于今未能发展出一个对于量子引力（quantum gravity）的有用表面，主如果因为咱们对引力在极轻细标准上的行径阑珊了解。量子物理学关心的恰正是这些微不雅标准，但咱们目下无法精准探伤或伙同引力在这些标准上若何作用。杰出是，在需要探伤引力影响显赫的轻细标准时澳门六合彩电子游戏，所需的能量极其宏大，因为在物理学中，探伤的标准越小，需要的能量就越大。这种宏大的能量需求超出了现存时候的能力，导致咱们无法用刻下时候接近或实验考证引力在量子标准上的行径。

对于量子表面和引力的最好形容（量子场论的标准模子和广义相对论）在数学上是不兼容的。四维的广义相对论在更小的标准上就会失效。在最小的标准上，除了黑洞什么皆莫得。

在物理学中，总计已知的基本力量——即强力（留神将原子核内的粒子蚁集在一齐）、弱力（引起辐射性衰变）以及电磁力——在极小的标准（量子标准）和极大的标准（天地标准）上的行径是明确且具体界说的。这种在不同标准上的行径特色，通过类比可见光的红外（IR）和紫外（UV）光谱规模来形容，其中红外端代表较长波长，紫外端代表较短波长，被称为UV完成和IR完成。以广义相对论为例，它在宏不雅标准上进展为非互相作用的波形，称为IR完备，因为它形容的是大标准下的引力行径；而在微不雅标准上，即UV标准上的行径则与此相悖，广义相对论在这一端并莫得提供一个好意思满的形容。

物理表面在不同的标准上会发生变化，是以咱们不可假定引力在最小标准上的行径与在行星和恒星的标准上的行径疏导。跟着探伤越来越高的能量和越来越小的标准，粒子互相作用的神志会发生变化，这种变化雷同于水跟着温度的缩短从气态变成液态再变成固态。

耦合常数（Coupling constants）界说了粒子之间互相作用的强度，但咱们知说念它们并不是常数。咱们称它们为运行耦合。举例，光子与电子互相作用以产生电磁场在更高能量下会发生变化。最终，电磁力也会与弱力统一，因此不仅是常数会变化，基本对称性也通晓过一个称为自觉对称性破缺的经由发生变化。

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总计运行耦合最终皆会在特定标准上罢手变化，咱们称这个标准为固定点。

对于三种不包括引力的力的一个平允是，它们接近一种称为高斯固定点的通俗固定点。这些表面不错简化为一个目田的、非互相作用的表面加上一些修正，以解释最伏击的互相作用，而且仍然接近它们的固定点。跟着它们接近固定点，互相作用项散失，得到一个非互相作用的表面。互相作用是鼓舞耦合常数变化的驱能源；莫得互相作用，就莫得耦合，它们不再随标准变化。

举例，量子色能源学（QCD）接近这么一个固定点，夸克不再互相作用。这称为渐近目田（asymptotic freedom）。

量子电能源学（QED），包括电磁力，也有这种目田。尽管电磁力有一个耦合变得无穷大的有限点，称为朗说念顶点（Landau pole），但当它与弱力蚁集时，这个点散失了，这是物理学中最好意思艳的闭幕之一。

引力的问题在于，按照其刻下形状，它不会接近一个高斯固定点。它不会变得渐近目田。如果有的话，它变得愈加热烈地互相作用。这意味着耦合从不罢手，互相作用项络续增长。这标明咱们的引力表面必须是一个“有用表面”。这就像有一个对于液态水的表面，但不睬解在某个点水会冻结。

总计目子引力的表面皆必须处置这个问题。莫得它，表面根底没特意旨。

经典广义相对论（以及半经典）通过忽略比最低可能能量标准更高的能量标准上发生的一切来幸免这个问题。因此，它们是具有最小或险些最小作用量的“基态”表面。

总计物理表面皆有一个作用量，这是对组成表面的场或参数的行径的形容。经典表面老是使作用量最小化。对于给定的开动条目（或规模条目），不管最小的可能作用量是什么，系统将实施该操作。经典力学系统：带有重物的弹簧、下降的石头和轨说念上的行星皆会使作用量最小化。

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量子系统不会最小化它们的作用量，而是字据概率漫衍赶快围绕最小作用量回荡。这个漫衍与普朗克常数以及作用量自己联系。实质上，你对一个量子系统的测量遣懒散生的概率与产生阿谁测量的总计旅途的作用量的值联系。这是由理查德·费曼给出的量子物理的历史总数公式，并通过旅途“积分”在数学上默示，这是一种对一语气漫衍乞降的神志。这是量子场表面的主要公式之一。

为了从旅途积分计较出阿谁概率，你需要找到一种法式来摒除具有纵情高能量的旅途，不然你最终会得到意外旨的谜底。这个法式称为正规化（regularization）。正规化引入了能量的截断。（还有其他的正规化法式，但这是最流行的一种。）

一朝你正规化了旅途积分，你就需要解脱引入的截断，因为你不知说念它是什么。你通过将其打包进你的耦合常数来作念到这极少，然后这些耦合常数就不再是常数了。这是功德，因为你归正也不知说念你领先表面中的耦合常数（裸常数）是若干。你必须测量你的常数，闭幕自大，这些并不是裸常数，而是重整化后的常数。

这个法式称为重整化（renormalization），这是一个晦气的词，因为没东说念主一起首就表率化了。实质上，你正在为粒子加快器中的测量创建一个模子，模子展示了截断的存在以及系统从一个标准到另一个标准的变化将若何暴露。闭幕看起来就像耦合常数在变化。

为什么会这么？这么念念：念念象你正在不雅察两个城市在买卖协定中为资产交换货色和服务。你看到总计这些货色和服务的总数。目下，放大到一个城市，你会看到几个可能相互进行来回的社区。再放大，你看到个别企业。在另一个层面，你看到单个企业若何以行状换取资产并采纳外部货色。跟着你放大，大标准上的行径最终被闪现是总计这些小来回进行中的平均或净闭幕。

粒子和场亦然同样的。

在愚顽量下，它们的互相作用是高能（小标准）互相作用的平均闭幕。这便是为什么耦合会变化。闭幕标明耦合只是平均互相作用强度的一个进展。阿谁耦合强度最终取决于截断，在城市的案例中是个体，但你无用了解个体若何互相作用就能伙同城市若何行径。你只需要知说念有一个截断，某个点上来回罢手了（假定东说念主们不与我方来回）。

这个类比标明，重整化不是一个数学技能，而是一个物理模子，展示了系统自己若何摒除高能态对愚顽态的影响，并将给定标准上的互相作用默示为在更小标准上许多互相作用的平均值。咱们知说念总计物理系统皆是这么作念的。

对于咱们伙同的三种力，互相作用的神志相对通俗。大部分情况下，粒子和场进展得像目田实体，只是有一些修正来探讨它们与自身以偏捏他粒子和场的互相作用。

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对于引力，Golden咱们不知说念这是否建设。一方面，引力可能仅在某些条目下被形容，当作一个近似有用的模子，这种模子基于更深档次的表面，该表面在其适用鸿沟内展现出与其他基本力雷同的行径。另一方面，引力可能实质上与其他力不同，即便咱们不错用一个有用的模子来近似形容它在某些标准上的进展，这种形容可能并未涉及引力的中枢特色。

大部分粒子物理学家但愿引力像其他力同样，而一些其他物理学家则嗅觉，由于引力当作一个对于时空几何的表面的私有性质，它根底就不应该那样，而是一个透顶对于几何的表面。他们说，你不可去除那种几何结构，然后让表面特意旨。

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这些不同的形而上学不雅点素质咱们来到处置量子引力问题时两个最大的竞争者：弦表面（string theory）和环量子引力（loop quantum gravity）。

弦表面在其最受接待的版块中大批使用超对称性（supersymmetry）和全息性（holography），但其中枢依赖于弦的波利亚科夫作用量，当然包含一个咱们不错解释为引力场的旋转2张量场。波利亚科夫作用量像其他力同样是可重整化的，是以问题在于尝试展示它与咱们不雅察到的匹配。这在其他表面中还是发生过，是以这是一个合理的法式。不悠然的是，咱们莫得不雅察到任何标明这是现实的正确形容的东西。

弦表面不是一个表面，而是一系列潜在表面的网络，皆源于尝试将总计物资、能量和力形容为振动的弦。这使它相配诱惑东说念主，而且是它对表面物理的发展成见产生如斯强盛影响的原因。莫得其他严肃的量子引力表面的竞争者能宣称是一个包罗万象的表面。

另一方面，环量子引力（LQG）使用阿什特卡变量（Ashtekar variables），这允许引力以格点形状抒发，这是其他力的另一种常见表述神志。这些变量很像电弱力和强力中的场，撤职SU(2)对称性——一种复矩阵的对称性。然后，它用这些变量在格点上酿成的环来形容时空。这些被称为威尔逊环路（Wilson loops），以发明它们的诺贝尔奖得主肯尼斯·威尔逊定名。威尔逊环路只是是它环绕一个环路时矩阵的乘积。

这使得引力看起来很像其他力，因为强力、电弱力和电磁力不错抒发为格点上的威尔逊环路。不同之处在于，在那些表面中，咱们不错将环路的大小限度为零，得到一个一语气的表面。

在环量子引力的情况下，环路莫得执行的“大小”（或位置），因为大小是由引力自己给出的。它们只是是阿什特卡变量的碎裂环路说合在一齐。这些伙同是字据这个表面赋予空间其结构的。

弦表面和环量子引力表面皆需要奇特的添加才有用。弦表面表面杰稀奇特，因为它试图将一切和谐为弦，但环量子引力表面也提议了这些从未被看到或测量过的环路。这是一个物理瞻望，而对于其他力，威尔逊环路更多的是一种计较用具。

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环量子引力表面中的环路和阿什特卡变量提供了一个几何量子，基本上是一个最小的几何，而且这提供了一个当然的标准截断，使用一个“最小面积”和“最小体积”。

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不悠然的是，环量子引力表面从未被闪现能在宏不雅标准上餍足广义相对论。

环量子引力表面常被以为是量子引力最“从简”的版块。但事实并非如斯。

这个别离属于因果能源学三角剖分（CDT）。你可能莫得别传过这个表面。对于它的流行著述险些莫得，而且它自2000年代初期以来才出现，使其约莫只须弦表面和环量子引力表面年岁的一半。

CDT在某些方面雷同于环量子引力表面，因为它试图提议一个几何量子。与弦表面不同，它实质上是一个对于几何而不是对于场或粒子的表面。

各别来自于该表面中量子化的神志：即，几何的量子是什么？

对于环量子引力表面，它是图上的威尔逊环路，对于CDT，它是单纯形（simplex）。

单纯形基本上是三角形的扩充。

在四维空间中，有一些被使用的候选单纯形。这些单纯形上强加了因果维度，因此时辰在各个单纯形上被明确默示。

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这些单纯形沿着它们的面粘合在一齐，以酿成宏不雅标准上的时空几何结构，与环量子引力表面不同，CDT以一种径直的神志显式构建时空几何，因此它与广义相对论有酌量。

然而，CDT最别有洞天的原因之一是，它的量子默示可能绕过了广义相对论的大问题。CDT以一种径直的神志默示量子几何。它有许多赶快几何，粘合在一齐的因果单纯形，总计这些皆代表了旅途积分中的不同旅途，量子波函数中的总计可能现实。对总计这些几何乞降，得到一个量子瞻望。

然而，它仍然需要正规化和重整化。只是通过引入几何的最小单元，并不可幸免这个问题。

它通过自大时空的维数跟着插足最小标准从4维缩短到2维或1.5维来杀青这极少。

广义相对论在较小维数中的缩放神志不同。在两维中，一种称为共形变换的标准变化对广义相对论的作用，即爱因斯坦-希尔伯特作用，根底莫得影响。在少于两维的情况下，缩放有相悖的闭幕，缩短了互相作用的强度。这将为相对论提供紫外完成，而不需要添加任何奇特的东西。红外完成诚然仍然存在，因为在大标准上GR仍然是4维的。

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我刚才形容的是“渐近安全性”的一个例子，即你不错领有一个复杂的互相作用表面，2D和1.5D的GR便是这么，但不管若何皆能在紫外处得到一个固定点。与渐近目田不同，安全性标明在紫外存在仍然互相作用的“安全”固定点。

CDT仍然是一个年青的表面，这个渐近安全性缠绵以任何神志皆未被证据，单纯形的存在亦然如斯。此外，CDT的任何瞻望皆未被证据，但当作一个表面，它是最从简的，因为它提供了一种神志，使GR大要在不添加任何奇特特色（除了单纯形以外）的情况下被重整化。

自从这些渐近安全性闭幕被杀青以来，它最近获取了许多东说念主气，但仍有许多使命要作念。