IT之家 12 月 5 日消息，现代物理学建立在两大支柱上，其一是量子理论，控制着宇宙中最小的粒子；另一个是爱因斯坦的广义相对论，它通过时空弯曲来解释引力。不过两种理论互相矛盾，在过去一个多世纪以来，物理学家不断探索调和两种理论。
物理学家在探索过程中也衍生出了各种假说，认为爱因斯坦的引力理论必须被修改或“量子化”，才能适应量子理论，并以此衍生了引力量子理论、弦理论和环量子引力等。
伦敦大学学院物理与天文学系的乔纳森・奥本海姆（Jonathan Oppenheim）教授提出的一项新理论，两项相关成果发表在《物理评论 X》（PRX）上。
这项新理论称为“经典引力的后量子理论”（postquantum theory of classical gravity），在保留了爱因斯坦的经典时空概念同时，统一了引力学和量子力学。
在介绍该理论之前，IT之家先介绍下爱因斯坦的经典时空概念。爱因斯坦认为，时间并不独立存在的一种实体，而是和空间紧密耦合在一起的伴生品，即所谓的宇宙时空。
在爱因斯坦的广义相对论中，宇宙时空是一个四维结构，除了三维的长宽高外第四个维度就是时间，爱因斯坦还证明了时间是相对的，不同环境下的时间流逝速度也不一样，甚至每个人感觉到到的时间都不一样。
这项新的理论认为时空可能是经典的，不受量子理论的支配。该理论修改了量子理论，预测了由时空本身介导的可预测性的内在崩溃。
这导致时空的随机和剧烈波动，其波动比量子理论所设想的要大，如果测量得足够精确，物体的表观重量是不可预测的。
第二篇论文同时发表于 自然通讯 在奥本海姆教授以前的博士生的带领下，他研究了该理论的一些后果，并提出了一个实验来测试：非常精确地测量质量，看看它的重量是否会随着时间的推移而波动。
例如，法国国际计量局通常称量 1 公斤的质量，并以此作为 1 公斤的标准。如果这 1 公斤质量的测量波动小于数学一致性所需的波动，则可以排除该理论。
研究证明，如果时空不具有量子性质，那么时空曲率必然存在随机波动，这种波动具有可通过实验验证的特定特征。
IT之家附上论文参考地址：
https://www.ucl.ac.uk/oppenheim/pub/quantum_vs_classical_bet.pdf
Oppenheim, J., Sparaciari, C., Šoda, B. et al. Gravitationally induced decoherence vs space-time diffusion: testing the quantum nature of gravity. Nat Commun 14, 7910 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43348-2
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提问于2023-12-05回答 1
从量子到宇宙高鹏
2023-12-05知识官 物理与化学领域科普作家
20世纪初，物理学发生了两次革命，深刻地改变了人们对于世界的理解，一次是相对论外，另一次就是量子力学。
70年代，人们利用杨振宁和米尔斯的早期工作，建立了描述强力和弱力的场方程。这些场控制着所有亚原子粒子之间的相互作用，被称作杨—米尔斯场。
随后，人们逐渐发现麦克斯韦电磁场和杨—米尔斯场可以在量子规范场论的基础上统一起来，如果能把引力场也纳入量子场论，就可以把所有场都统一起来，四种基本作用力也能统一成一种力！如果成功，可以说这就是物理学的终极理论，就是“万物至理”！
于是，人们试图把引力场也量子化，但遗憾的是，直到现在也没有一种理论能完美地完成引力场的量子化工作，引力场的量子化远非想象的那么容易，因为广义相对论与量子力学在对时空结构的描述中存在着巨大的冲突。
在广义相对论中，时空是光滑连续的，而量子理论却认为时空在普朗克尺度下发生着剧烈的量子涨落。在普朗克尺度下，时空尽管在平均意义上是光滑的，但它实际上却因不确定原理导致的量子涨落而跌宕起伏。在这个尺度下，时空的量子涨落极其剧烈，时空中充满微小的虫洞和泡泡，起名大师惠勒又发明了一个形象的名词“量子泡沫”来描绘这种疯狂的状态。在汹涌的量子泡沫中，时间和空间都失去了传统的意义，根本没法分辨前和后、左和右、上和下乃至过去现在和未来。
可以说，在普朗克尺度上，广义相对论与量子力学是矛盾的，汹涌的量子泡沫和相对论的光滑时空是针锋相对的，这个矛盾的具体表现就是：把广义相对论和量子力学结合起来的计算总是得到一个令人尴尬的结果——无穷大。即使通过一种在其他量子场中很好用的“重整化”的数学技巧也解决不了这个难题。
多年来，统一场论研究基本上分成了两派。一派试图从广义相对论出发来统一量子场论，其代表是圈量子引力理论。另一派是从量子场论出发来统一广义相对论，其代表是超弦理论和M理论。但是这些理论都还没有人能从实验上进行证实。
今天，惊闻英国物理学家提出了一种惊人的理论，统一了引力和量子力学，同时保留了爱因斯坦的经典时空概念。更重要的是，该论文提出了一个实验来测试该理论：非常精确地测量质量，观测它的重量是否随着时间的推移出现波动。由于刚刚发表，这一理论还有待考验，是否能被实验证实尚未可知，但总归是人类探索“万物至理”道路上的一条大好消息。
2023-12-05 08:52:39发布于湖北楚天都市报官方账号
科技日报北京12月4日电(记者张梦然)英国伦敦大学学院(UCL)物理学家4日在《物理评论X》和《自然·通讯》上发表的两篇论文中提出了一种惊人的理论，该理论统一了引力和量子力学，同时保留了爱因斯坦的经典时空概念。
现代物理学建立在两大支柱之上：一个是量子理论，它控制着宇宙中最小的粒子；另一个是爱因斯坦的广义相对论，它通过时空弯曲来解释引力。但这两种理论相互矛盾，一个多世纪以来一直难以达成和解。
普遍的假设是，爱因斯坦的引力理论必须被修改或“量子化”，以适应量子理论。但研究团队此次在《物理评论X》上提出的“经典引力的后量子理论”挑战了这一假设，并表明时空可能是经典的，也就是说，根本不受量子理论的支配。
新理论不是修改时空，而是修改量子理论，并预测由时空本身介导的可预测性的内在崩溃。这会导致时空发生随机剧烈的波动，其幅度比量子理论设想的要大，如果测量足够精确，物体的表观重量将变得不可预测。
发表在《自然·通讯》的论文则提出了一个实验来测试该理论：非常精确地测量质量，观测它的重量是否随着时间的推移出现波动。
研究证明，如果时空不具有量子性质，那么时空曲率必然存在随机波动，这种波动具有可通过实验验证的特定特征。
虽然实验概念很简单，但物体的称重需要极其精确。研究阐明了两个可测量的量之间的明确关系——时空涨落的规模，以及原子或苹果等物体可在两个不同位置的量子叠加中保持多长时间。
这一理论的出发点，是研究人员试图解决黑洞信息问题。根据标准量子理论，进入黑洞的物体信息不会被破坏，但这违反了广义相对论(广义相对论认为永远无法了解穿过黑洞事件视界的物体)。而由于可预测性的根本崩溃，新理论允许信息被破坏。
（来源：科技日报）
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