量子力学和四大基本力学的关系是什么？

自然界的所有四种基本力都是在非常短的尺度上的量子力学，尽管这还没有在引力中得到证实。任何基本力的标准量子力学描述都是用相对论量子场论（QFT）来描述的，它由无限自由度组成。由于海森堡的不确定性原理，在同一时空点上的位置和动量等物理量不能交换。

自然界基本力的强度与它的量规耦合的大小成正比——耦合的大小越大，力的大小就越大。可重整的QFT允许人们计算一个称为beta函数的量，它编码规范耦合的行为相对于能量尺度。对于不同的基本力，贝塔函数表现出显著不同的行为，这主要是由于它在不同的规范不变性下有不同的符号。

对于量子电动力学（QED），即电磁学的QFT，规范不变为交换规范群U（1）。QED的函数对于这个规范群有一个正的符号。这意味着规范耦合的大小——电子的电荷——随着能量单调地增加到普朗克能级。对于强大的力量，它是相反的。标准不变是SU（3），一个非交换群。强核力的QFT被称为量子色动力学（QCD）。QCD的beta函数有一个负号，它的规范耦合——夸克或胶子的颜色电荷——随能量单调减少，直至普朗克能级。弱核力与SU（2）的非阿贝尔规范不变的规范耦合也表现出与强核力类似的行为。

在普朗克水平，所有三种力的规管接头有相似的大小，尽管他们不满足在一个单一的点。这三种力-电磁力、弱核力和强核力-在平坦时空（闵可夫斯基时空）中被描述，并且这些力的QFTs可重整为所有费曼环。这意味着当一个人通过假设粒子相互作用在零距离或无限能量的情况下进入连续介质水平时，这些理论不存在奇点。

重力是一种非常不同的力。与其他三种力不同的是，经典场在给定的时空中被量子化，对于引力，我们必须量子化时空本身。获得引力量子ft的标准方法是将爱因斯坦的广义相对论（GR）量化，即经典引力的标准洛伦兹不变理论。该理论的规范不变是非交换群SO（1,3），它是洛伦兹不变群。即使从GR中排除了引力的来源，也不可能超过1个费曼循环。由于该理论受到无穷无尽的困扰，量子引力的状态仍未确定。

即使在1个循环处，很明显函数有一个正号。注意，对于阿贝尔规范，贝塔函数的符号只能是正的，但对于非阿贝尔规范，贝塔函数的符号可以是正的或负的。因此，量规耦合的大小——牛顿的通用常数G——随着能量的增加而增加。在我们日常世界的低能量状态下，重力与其他基本力相比是极其微弱的，因为G非常小。当一个人接近普朗克水平时，G的大小开始增加，重力开始变得更强。在普朗克水平，引力与其他基本力具有相同的大小，所有四种耦合都在一个点上相遇。这就是我们所预测的发生在黑洞内的情况，在那里，引力超过了普朗克尺度，压倒了所有其他力。