第1个回答 2022-08-06
在他生命的最后几十年里，阿尔伯特爱因斯坦希望将他对引力的描述与现有的电磁模型结合在一个单一的主理论下。
直到今天，这一 探索 仍然困扰着理论物理学家。我们最好的两个现实模型——爱因斯坦的广义相对论和量子力学定律——就像油和水一样互不相容。
无论这两者的组合是什么样子，它几乎肯定会为宇宙揭示基础，这与我们所能想象的任何东西完全不同。
一项新发表的数学发现描述了引力在所谓的宇宙“全息”模型中的出现；它是由瑞典查尔姆斯理工大学和美国麻省理工学院的一组研究人员发现的。
虽然听起来很奇怪，但它是我们开始寻找对空间、时间和物质如何从更深层次的规律中产生的完整理解的最佳起点。
“当我们寻求物理学问题的答案时，我们也经常会在数学上获得新发现，”查尔姆斯大学数学家丹尼尔·佩尔森说。
“这种相互作用在寻找量子引力的过程中尤为突出——在这种情况下进行实验非常困难。”
尽管量子物理学和广义相对论能够以惊人的精度预测从电子跃迁到黑洞碰撞等一切事物的行为，但它们却源于两个截然不同的思想体系。
量子宇宙是块状的，但近距离观察时却是朦胧的，就像当你将脸贴在屏幕上时像素会模糊成混乱的颜色。
广义相对论依赖于空间和时间的无缝连续体，即使在最小的尺度上观察，它也会以明确的信念响应质量而弯曲。
我们还可以使用其他隐喻来描述宇宙如何运行，每个隐喻都有自己的数学框架，每个隐喻都比上一个更晦涩难懂。
有些涉及添加隐藏在令人费解的几何形状中的看不见的尺寸。研究人员在这里使用的全息原理是一个奇怪的例子，它涉及 去除 维度。
你可以这样想：所有关于粒子如何推拉在一起的信息都被编码在更类似于平面的东西上，而不是我们认为我们生活的 3D 空间，这与你观察时出现的深度感没有什么不同。扁平的全息贴纸。
以这种方式思考物理学是有充分理由的。嵌入 4D 时空中的量子版本的引力很快变得极其复杂和不可行。
如果我们的时空在自身上弯曲得足够远以形成一种圆柱体，它必然有一个“平坦”的边界。碰巧的是，那些笨拙的量子引力理论在这个边界上会有相应的理论，这些理论更容易处理。
这篇新论文有效地混合了控制粒子及其波的不同模型，以及它们如何在全息环境中的场中变换，以作为这些相互作用的自然结果的重力的数学等价物。
“挑战在于描述重力是如何作为一种‘涌现’现象产生的。就像日常现象——例如液体的流动——是从单个液滴的混沌运动中出现的一样，我们想描述重力是如何从量子力学系统中出现的。在微观层面上，”同样是查尔姆斯大学的数学家罗伯特·伯曼说。
作为奖励，这项新工作还可以为解释其他大规模现象指明道路，例如我们目前称为暗能量的宇宙膨胀燃料。
尽管数学可能很优雅，但理论家们可以奢侈地用警告和假设来填充他们的工作，以便找到有趣的新模式。例如， 我们的宇宙是否弯曲到足以拥有全息原理所需的边界，这本身就是一个悬而未决的问题，少数宇宙学家对此深信不疑。
尽管如此，当你试图解决一个连爱因斯坦都无法解决的问题时，从难以想象的事情开始并不是一个糟糕的方法。