在現(xiàn)代物理學(xué)的宏偉殿堂中，兩大理論支柱——量子場(chǎng)論與愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，長(zhǎng)久以來(lái)并行不悖卻又難以交融。物理學(xué)家們世代接力，致力于探尋這兩大體系間的和諧共存之道。
長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家們不懈追求將引力納入粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型之中。這一模型已精妙地闡釋了電磁力、弱相互作用力和強(qiáng)相互作用力這三種基本自然力，然而，引力卻如同一位難以馴服的巨人，始終未能被納入統(tǒng)一的框架之中。
近日，阿爾托大學(xué)的研究者們——米科·帕塔寧與尤卡·圖爾基，為這一難題的解決帶來(lái)了新的曙光。他們提出了一種創(chuàng)新的量子引力理論，該理論與標(biāo)準(zhǔn)模型完美兼容，為“萬(wàn)物理論”的探索開(kāi)辟了新路徑。這一突破性成果已于5月初在《物理學(xué)進(jìn)展報(bào)告》上公開(kāi)發(fā)表。
帕塔寧與圖爾基指出，由于引力相互作用相對(duì)較弱，因此需要采用更為精細(xì)的研究手段來(lái)捕捉超越廣義相對(duì)論的量子引力效應(yīng)。他們強(qiáng)調(diào)，在極端條件下，如黑洞邊緣或宇宙大爆炸后的瞬間，現(xiàn)有的物理理論往往力不從心，這正是量子引力理論大顯身手的舞臺(tái)。
帕塔寧，這位對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題充滿癡迷的科學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了一種基于對(duì)稱性的全新引力理論方法，并與圖爾基攜手將其推向深入。他們相信，這一理論有望開(kāi)啟科學(xué)認(rèn)知的新篇章，正如當(dāng)年對(duì)引力的深入理解為GPS技術(shù)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)一樣。
盡管他們的理論框架已初步成型，但尚未完成最終的證明。在構(gòu)建這一理論的過(guò)程中，他們采用了重正化技術(shù)，這是一種處理數(shù)學(xué)計(jì)算中無(wú)窮大問(wèn)題的巧妙方法。該理論通過(guò)重構(gòu)引力的規(guī)范場(chǎng)描述，引入了“時(shí)空維度場(chǎng)”這一核心概念，并成功將引力納入四個(gè)U(1)對(duì)稱性框架，與另外三種基本力的數(shù)學(xué)描述實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。
他們的理論還基于閔可夫斯基時(shí)空基礎(chǔ)，將時(shí)空度量與量子場(chǎng)論框架實(shí)現(xiàn)了兼容。通過(guò)初步的計(jì)算驗(yàn)證，他們發(fā)現(xiàn)該理論展現(xiàn)出貝基-魯埃-斯托拉-圖廷對(duì)稱性，并具有無(wú)量綱耦合常數(shù)，這預(yù)示著它有望成為首個(gè)完全可重正化的量子引力理論。
然而，挑戰(zhàn)依然存在。帕塔寧與圖爾基已經(jīng)證明，在一階項(xiàng)上，他們的方法是有效的，但高階項(xiàng)的可重正化性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。圖爾基表示：“如果高階項(xiàng)的重正化失效，計(jì)算結(jié)果將會(huì)發(fā)散。我們必須確保這種重整化過(guò)程能在更高階的計(jì)算中持續(xù)有效。”
盡管前路漫漫，但帕塔寧對(duì)未來(lái)充滿信心：“正如量子力學(xué)和相對(duì)論曾引領(lǐng)的技術(shù)革命一樣，我們期待這一理論能夠開(kāi)辟出全新的探索領(lǐng)域，引領(lǐng)人類走向更加遼闊的科學(xué)世界。”
