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引力不是一种力,而是时空中的曲率,它与物理学的其他部分是不可调和的吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-05-04 00:26:12

这与基础物理学的其他理论完全一致。如果引力理论和量子场论不能轻易调和,那么问题就出在别的地方。

爱因斯坦他意识到,如果弱等效原理成立,也就是说,如果重力平等地影响一切,无论形状或物质组成,那么一个自由落体的观察者,只观察附近其他自由落体的物体,不能分辨他是在空空间中漂浮还是在均匀引力场中自由落体。相反,一个在重力场中静止不动的观察者,无法分辨他是站在同质重力场中一个没有窗户的房间里,还是站在一辆加速车辆上的一个没有窗户的船舱里。加速车辆的参照系可以通过简单的几何变换得到。但这意味着弱等效原理意味着观察者在该引力场中的参照系也可以通过同样的几何变换得到。因此,一个处理加速观测者的理论(即爱因斯坦早期相对论的推广)也必然是一个引力理论。

最终的结果,正如我们所知,就是广义相对论,这个理论最初是我们今天所知的狭义相对论的概括,但在狭义相对论中,万有引力也被封装,以被称为协变导数的数学实体的形式。

现在就在这里:当你看到一个现代量子场论,包括背后的理论粒子物理的标准模型,相同的一点是正确的:这一理论的力量都封装形式的协变导数,用广义相对论的数学语言非常相似。

问题是什么?在广义相对论的情况下,协变导数与经历电场的粒子的物质组成无关。它们完全由引力场本身决定。相反,例如在电弱理论中,协变导数确实依赖于受场影响程度与场本身相同的粒子。因此,例如,粒子对电场的反应方式取决于粒子的电荷质量比。

但这只是让像电弱理论这样的理论比广义相对论更复杂,而不是从根本上不相容。

不相容问题的出现是因为引力不是一个所谓的可重整理论。任何量子场论都能预测发散的无穷大。在一些量子场理论中,这些无穷大可以被安全地忽略,而专注于描述实际的、可观察的、可测量的相互作用的有限差异。引力不是这样的理论。这意味着三件事之一:要么我们首先找到一种方法,避免将引力量子化;2)找到可重整的另一种引力理论;或者3)找到一个不需要重整化的量子场理论。

当前的许多研究都旨在这三个方向中的一个取得进展。
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