为什么量子力学不能解释引力？

首先，在我解释问题所在之前，请允许我解释一下已知的物理学能做什么。

与你可能偶尔听到的相反，我们可以在广义相对论的弯曲时空背景上研究量子场论。这个理论有一些引人注目的结果，其中最不重要的是“粒子”的概念变得依赖于观察者，而且根据环境的不同，有些观察者看到粒子的内容，而另一些观察者什么也看不到。（技术背景是，一旦时空弯曲，就没有特权的平坦闵可夫斯基背景，而所谓的场的傅立叶分解，即产生我们所认识的粒子的场量子，在不同的加速参考系中是不同的。）

也有可能引入量子物质作为引力的来源，但只是以一种相当不优雅的方式。量子物质在数学上是用不表现为数字的量来表示的。另一方面，时空是以数字为特征的。为了使方程式起作用，量子物质用一种平均值来表示，即所谓的“期望值”。这样我们就得到了一个两边都是数字的方程。这被称为半经典重力。它可能是一个近似值，一个拼凑的东西，但半经典引力准确地描述了我们通过实验或天文观测可以得到的所有状态。不幸的是，这意味着大自然没有提供任何线索，告诉我们如何超越这一层次的描述。

我们想要的不仅仅是一个特殊的半经典方程，而是一个适当的量子场论的引力或等效理论。万有引力问题始于它的耦合常数，牛顿万有引力常数。这是一个量纲化的常数，也就是说，它有单位。在粒子物理学家偏爱的单位中，引力常数的单位是长度的平方或质量的平方。众所周知，具有这样一个耦合常数的理论是不可重正化的：也就是说，通常移除量子场论中出现的无穷并产生一致有限结果的技术对万有引力不起作用。

这个问题到目前为止还没有找到令人满意的解决办法。半经典重力理论行得通，但并不优雅。曾经有一段时间，人们希望在万有引力中，不需要的无穷会相互抵消，但事实并非如此。从那时起，人们尝试了许多不同的方法，从将引力量子化的新方法到根本不量子化引力。最终，我认为真正的问题在于，除了半经典重力之外，大自然至今没有提供任何线索。尽管我们很愿意认为自己足够聪明，可以自己解决问题，但事实并非如此：没有数据，物理学就会消亡。

所以，这就是我对这个问题的回答：到目前为止，量子物理学在引力方面失败了，因为我们从未找到一种方法来测量引力的量子效应，因此我们试图在没有任何线索的情况下解开一个谜。