愛因斯坦的引力理論如何與量子力學統(tǒng)一起來?這是一個挑戰(zhàn)，可以讓人們對黑洞和宇宙的誕生等現(xiàn)象有更深刻的了解。

現(xiàn)在，由瑞典查爾姆斯理工大學和美國麻省理工學院的研究人員在《自然通訊》上發(fā)表的一篇新文章中，提出了對理解量子引力重要挑戰(zhàn)的新認識。

現(xiàn)代理論物理學的一個巨大挑戰(zhàn)是找到一個“大統(tǒng)一理論”，即能夠在一個單一的框架內描述所有的自然規(guī)律——連接愛因斯坦的廣義相對論和量子力學——的理論。這樣一個“量子引力”理論將包括對自然界的宏觀和微觀描述。

“我們努力理解自然規(guī)律，而這些規(guī)律的書寫語言就是數(shù)學。當我們在物理學中尋求問題的答案時，我們往往也會被引導到數(shù)學中。”查爾姆斯理工大學數(shù)學科學系教授丹尼爾-佩爾森(Daniel Persson)解釋說，“這種互動在尋找量子引力方面尤為突出，因為進行量子引力的實驗是非常困難的。”

需要統(tǒng)一描述的一個例子是黑洞。當一顆足夠重的恒星在其自身的引力下膨脹和坍縮，從而使其所有的質量都集中在一個極小的體積內時，就會形成黑洞。對黑洞的量子力學描述仍處于起步階段，但涉及高級數(shù)學。

量子引力的一個簡化模型

科學家說：“挑戰(zhàn)在于描述引力是如何作為一種'涌現(xiàn)'現(xiàn)象產生的。正如日?，F(xiàn)象--如液體的流動由單個液滴的混亂運動產生一樣，我們想描述引力如何從微觀層面的量子力學系統(tǒng)中產生。”

在最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇文章中，科學家們在一個被稱為“全息原理”的量子引力簡化數(shù)學模型中，展示了引力是如何從一個特殊的量子力學系統(tǒng)中出現(xiàn)的。

暗能量的漣漪

這篇新文章還可能對神秘的暗能量提供新的見解。在愛因斯坦的廣義相對論中，引力被描述為一種幾何現(xiàn)象。就像一張新鋪的床在人的重量下會彎曲一樣，重物也可以彎曲宇宙的幾何形狀。但根據(jù)愛因斯坦的理論，即使是真空空間--宇宙的“真空狀態(tài)”--也有豐富的幾何結構。如果你能放大并在微觀層面上觀察這種真空，你就會看到量子力學波動或波紋(被稱為暗能量)。這種神秘的能量形式，從一個更大的角度來看，是宇宙加速膨脹的原因。

這項新工作可能帶來對這些微觀的量子力學波紋如何以及為何產生的新見解，以及愛因斯坦的引力理論和量子力學之間的關系，這是幾十年來科學家們一直無法解決的問題。

科學家表示，這些結果為測試全息原理的其他方面提供了可能性，如黑洞的微觀描述。他們也希望將來能夠利用這些新的聯(lián)系，在數(shù)學上取得新的突破。

該研究論文題為"Emergent Sasaki-Einstein geometry and AdS/CFT"，已發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。

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