科学家突破量子引力研究，揭开宇宙奥秘新篇章

阅读这个故事时，您将学到以下内容：

• 近一个世纪以来，科学家们一直在努力将阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论与量子理论结合起来——这是我们理解宇宙宏观和微观层面上最有希望的两个理论。
• 一项新的研究在数学上探讨了即使引力不是量子引力（而是经典引力），它仍然可以使粒子发生量子纠缠——只是与量子引力的相关性没有那么强。
• 这项研究并不试图否定量子引力，但探索引力诱导的纠缠可能会在未来导致实验确认（或反驳）。

今天，我们对宇宙的理解由两个重要的理论框架主导。阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论描述了宏大的宇宙——行星的运动和引力在时空中传播。另一方面，量子理论描述了非常小的宇宙，在这里，力是量子化的。例如，电磁力的量子是光子，而玻色子和胶子则分别是弱力和强力的量子。

你可能注意到，重力并不在这些力及其对应的最小粒子列表中。虽然科学家们推测量子重力也应该有一个力的载体，称为引力子，但我们至今还没有真正见过它。今年夏天，自然报道了科学家们日益增强的努力，试图最终弄清量子重力是否存在，因为我们的理论理解和实验能力都在不断提高。探索这个想法的一个非常令人兴奋的研究来自伦敦大学，物理学家约瑟夫·阿齐兹和理查德·霍尔正在研究经典重力是否会引发量子纠缠——一种现象，两个粒子相互关联，一个粒子的测量会影响另一个粒子。

“在其他相互作用中，我们在量子化时假设它们存在于一个独立的经典时空背景中，”霍尔在十月底发表在期刊自然上的论文中对物理世界表示。“但是在量子引力的情况下，可以说你无法这样做[因为]引力描述的是时空本身，而不是存在于时空中的某些东西。”

量子理论认为，纠缠是通过虚拟引力子的交换而发生的。正如Space.com所说的，这些引力子并不 真的 存在，但由于“量子物理的奇妙世界”，这样的粒子在极其有限的时间内是数学上允许的。Aziz和Howl的研究理念是，重力可以保持经典，同时仍然能够调解 量子纠缠。

“你可以把引力相互作用理解为比仅仅是引力场的介导更为广泛，”霍尔在接受Space.com采访时说，“而且可能还涉及量子过程和虚拟物质过程，在这种情况下，即使引力场是经典的，引力相互作用仍然可能会纠缠物质。”

霍尔指出，这个观点并不意味着量子引力不存在——事实上，他认为可以通过某些方法来区分这两种纠缠方式。量子引力会有更强的相关性，这意味着可以轻松地通过另一个粒子的信息来判断纠缠对中某个粒子的状态。在经典纠缠的情况下，由于概率的特性，相关性会较弱。这项研究有助于确定参数，为未来的实验奠定这些效应。

“理论上没有什么能阻止你进行[实验]，”霍尔在接受Space.com采访时说，“但你必须消除所有导致去相干的因素[会导致叠加态崩溃的事物]，这真是个极其困难的挑战。”

幸运的是，物理学家在试图将科学史上最强大的两种理论结合时，面临的艰巨挑战是大家都知道的障碍。