如何调和引力与量子力学?
广义相对论描述光滑的时空几何,量子力学描述固定背景上的概率场。两者在普朗克尺度——黑洞内部与宇宙大爆炸——发生冲突,目前尚无任何量子引力理论得到实验检验。
为何困难
普朗克能量超出对撞机能力约10^16倍。各候选理论(弦论、圈量子引力、渐近安全、因果集)对时空本质看法各异,而宇宙学特征——原初引力波、黑洞蒸发——极其微弱。
当前证据
存在间接约束:黑洞热力学(贝肯斯坦–霍金熵)、与热大爆炸+暴胀相符的轻元素丰度,以及伽马射线暴光子到达时间中未观察到洛伦兹破坏。但尚未探测到任何直接的量子引力信号。
可能的途径
原初B模偏振搜寻、检验引力量子性的桌面纠缠实验、黑洞ringdown光谱学、利用高能光子和中微子检验洛伦兹不变性,以及将候选理论推向可证伪预言的数学发展。
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来源
- Loop Quantum Cosmology: A Status Report — Living Reviews in Relativity
- Dark Charge Could Make Exploding Black Holes More Common — APS Physics
- Quantum Theory of Gravity. I. The Canonical Theory — American Physical Society
- Gravitational-Wave Science — LIGO Scientific Collaboration