一篇关于物理学统一的杂志新闻报道通常以爱因斯坦的广义相对论和量子理论是不可调和的开篇。一个处理引力,另一个处理电磁力和核力,但两者都不能涵盖所有,因此物理学家们在其理论世界中留下了一条巨大的裂缝。这是一个不错的故事主线,但事实并非如此。“每个人都说量子力学和引力不相容——它们是不相容的,”马萨诸塞大学阿默斯特分校的约翰·F·多诺霍说。“你仍然会听到这种说法,但这是错误的。”
著名物理学家理查德·费曼在 20 世纪 60 年代提出了一个无缝的量子引力理论。它看起来很像其他力的量子理论。正如光子传递电磁力一样,被称为引力子的粒子传递引力。力的不同之处在于,电磁力在所有尺度上基本上都以相同简单的方式表现,仅在总体强度上有所变化,而引力随着您放大到微观尺度而变得越来越繁复——这表明该理论最终让位于更深层次的理论,例如弦理论或圈量子引力。但“最终”还很遥远,以至于物理学家通常可以忽略这种繁复性。在 20 世纪 90 年代,多诺霍和其他人开始使用费曼的理论作为一种工作或“有效”理论;虽然不是最终的说法,但它弥合了中等到大型尺度上引力与其他力之间的裂缝。
2006 年,马萨诸塞理工学院的肖恩·P·罗宾逊和弗兰克·威尔切克应用有效理论来观察引力是否改变了力强度随尺度变化的方式。如果引力不干预,电磁力应该在一个尺度上与核力强度相等,并在不同的尺度上与引力强度相等。罗宾逊和威尔切克推测,引力会削弱其他力的强度,并导致它们在同一尺度上匹配。这个想法没有实现,但确实让人们开始思考力是如何相互干扰的。
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去年 11 月,英格兰纽卡斯尔大学的大卫·J·汤姆斯认为,即使引力不能使所有力都达到一致,它至少在质量上调和了电磁力与核力。忽略引力,电磁力会随着尺寸减小而增强,而核力会减弱。但引力会削弱电磁力,使其在非常小的尺度上表现得像核力一样。
威尔切克称汤姆斯的论文“令人印象深刻”。然而,大约在同一时间,多诺霍和他的研究生穆罕默德·M·安伯和穆罕默德·埃尔-胡西尼对整个方法提出了质疑。尽管引力肯定会在某种程度上干扰其他力,但他们质疑这种效应是否像调整力强度那样简单直接。引力的繁复性应该会感染其他力。
物理学家之所以能够得出如此截然相反的结论,部分原因是计算非常复杂,而且目前还没有人知道如何解释它们。“我真的希望我对正在发生的事情有一个物理上的理解,但我没有,”汤姆斯说。套用原子核的发现者欧内斯特·卢瑟福的话,物理学家认为,除非他们能用通俗易懂的语言向酒保解释清楚,否则他们就没有理解某件事。对于量子引力理论家来说幸运的是,世界上的酒保是一个有耐心的群体。