研究人员开发了一种新的量子引力理论，以一种与粒子物理标准模型兼容的方式描述引力，为改善对宇宙起源的理解打开了大门。
终于，一个将引力与其他基本力——电磁力以及强弱核力结合在一起的统一理论触手可及。将引力纳入其中一直是几代物理学家的目标，他们一直在努力调和现代物理学两个基石：量子场理论和爱因斯坦的引力理论之间的兼容性。
阿尔托大学的研究人员开发了一种新的量子引力理论，以一种与粒子物理标准模型兼容的方式描述引力，为改善对宇宙起源的理解打开了大门。尽管理论物理的世界可能与可应用技术显得遥不可及，但这些发现是非凡的。现代技术建立在这样的基础进展上——例如，您手机中的GPS正是得益于爱因斯坦的引力理论。
米克科·帕塔宁和尤卡·图尔基在《物理学进展报告》中刚刚发表的论文中描述了他们的新理论。首席作者帕塔宁预计，在几年内，这些发现将解锁关键理解。
他说：‘如果这结果导致了完整的量子引力场理论，那么最终会对理解黑洞和大爆炸中的奇点等非常困难的问题给出答案。’
帕塔宁表示：‘一个能够连贯地描述所有自然基本力的理论通常被称为万物理论，虽然他自己不太喜欢使用这个术语。‘一些基本的物理问题仍未得到解答。例如，目前的理论尚未解释为何在可观察宇宙中物质比反物质更多。’
调和不可调和的事物
关键是找到一种适合的规范理论来描述引力——一种粒子通过场相互作用的理论。‘最熟悉的规范场是电磁场。当带电粒子相互作用时，它们通过电磁场进行相互作用，这是相关的规范场。’图尔基解释道。‘因此，当我们有能量的粒子时，它们因为拥有能量而进行的相互作用将会通过引力场发生。’
物理学家面临的一个长期挑战是找到一种与电磁力、弱核力和强核力的规范理论兼容的引力规范理论。粒子物理的标准模型是一个描述这三种力量的规范理论，并具有某些对称性。‘主要思想是拥有与标准模型对称性相似的引力规范理论，而不是基于广义相对论的非常不同的时空对称性，’本研究的首席作者帕塔宁说道。
没有这样的理论，物理学家无法调和我们两个最强大的理论：量子场理论和广义相对论。量子理论描述的是非常小的世界——微小的粒子以概率方式相互作用——而广义相对论描述的是我们熟悉的物体及其引力相互作用的粗略世界。它们是从不同角度对我们宇宙的描述，而这两种理论都已以非凡的精度得到确认——但彼此间并不兼容。此外，由于引力相互作用是微弱的，因此需要更多的精度来研究超越广义相对论的真正量子引力效应，而广义相对论是一种经典理论。
帕塔宁说道：‘需要一种量子引力理论来理解在存在引力场和高能量的情况下会有什么样的现象。’这些条件存在于黑洞周围以及宇宙早期，也就是大爆炸之后——物理学现有理论失效的领域。
他一直对物理学中非常大的问题着迷，发现了一种基于对称性的方法来研究引力理论，并开始与图尔基进一步发展这一思想。最终的工作具有巨大的潜力，可以解锁一个全新的科学理解时代，就像理解引力为后来的GPS创造铺平道路一样。
向科学界开放邀请
尽管该理论前景广阔，但这对二人指出，他们尚未完成其证明。该理论使用了一种称为重整化的技术程序，这是一种处理计算中出现的无穷大的数学方法。到目前为止，帕塔宁和图尔基已表明，这在某一点上是有效的——对于所谓的“第一阶”项——但他们需要确保无穷大可以在整个计算中被消除。‘如果重整化在高阶项上不起作用，您将得到无穷大的结果。因此，证明重整化持续有效是至关重要的，’图尔基解释道。‘我们仍需要做出完整的证明，但我们相信成功的可能性很大。’
帕塔宁对此表示赞同。他说，仍有挑战在前，但是经过时间和努力，他预计将克服这些障碍。‘我不能说具体时间，但我可以说在几年内，我们将更加了解这一点。’
目前，他们已将理论发表出来，以便其他科学界人士可以熟悉它，检查其结果，帮助进一步发展并以此为基础。
帕塔宁总结道：‘像量子力学和相对论之前一样，我们希望我们的理论将为科学家探索打开无数途径。’
