【前沿物理】很有希望成為物理學「統一論」的理論——圈量子引力論.

2021-02-23 科技人文匠

圈量子引力論(loop quantum gravity,LQG),又譯迴圈量子重力論,英文別名圈引力(loop gravity)及量子幾何學(quantum geometry);由阿貝·阿希提卡(Ahbay Ashtekar)、李·施莫林(Lee Smolin)、卡洛·洛華利(Carlo Rovelli)等人發展出來的量子引力理論,與弦理論一併是目前為止將引力論量子化最成功的理論。


利用量子場論的微擾理論來實現引力論的量子化的理論是不能被重整化的。如果主張時空只有四維,從廣義相對論下手,結果可以把廣義相對論轉變成類似規範場論的理論,基本正則變量為阿希提卡-巴貝羅聯絡(Ashtekar-Barbero Connection)而非度規張量,再以聯絡定義的平移算子(holonomy)以及通量變數(flux variable)為基本變量實現量子化。


在此理論下,時空描述是呈背景獨立,由關係性循環織成的自旋網絡鋪成時空幾何。網絡中每條邊及每個節點分別為一普朗克長度及普朗克體積。循環並不存在於時空中,循環扭結的方式定義時空幾何。在普朗克尺度下,時空幾何充滿隨機的量子漲落,因此自旋網絡又稱為自旋泡沫(Spin foam)。在此理論下,時空是離散的。

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    ,並且是引力的產生源,不過這個是個假設的理論,雖然可以完美的解釋引力的來源,把宏觀世界和微觀世界都統一起來,但還是有非常大的實驗證實的問題,因為引力子這個東西可以說是基本上不可被測的,那量子引力理論又有兩派不同的意見,分別是弦理論和圈量子引力論。
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    換句話說,當今人類科技發展所依賴的兩大物理學支柱理論廣義相對論與量子力學,只能描述和解釋宇宙中5%的物理現象,而宇宙中另外的95%,當代物理學是無法理解的,這也說明了當代物理學遠未完善。它擅長將傳統的牛頓引力概念模型化,在理論中引力不再被看作是一種「力」,而是具有質量的物體造成時間的扭曲表象。而在極微小的宇宙尺度上,量子力學也是成功的,它認為構成宇宙萬事萬物的是最基本的粒子,量子粒子是實體的微小擾動,具有波動特性。科學家得到了電磁力、強核力和弱核力的量子理論,但卻沒有引力的量子理論。
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    自從科學誕生之日起,科學家就一直走在統一的道路上,牛頓統一了天上地下的物體運動規律,麥克斯韋統一了電和磁,愛因斯坦統一了時間和空間,質量和能量,楊振寧統一了電磁力與弱核力;統一場論是物理學的終極夢想,如果誰真的能統一四種基本力,那麼他的功績是絕對是前所未有的。
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    卡洛·羅韋利卡洛·羅韋利是法國東南部艾克斯馬賽大學的一名物理學教授,也是「圈量子引力論」的先驅。(圈量子引力論是一種試圖在高維時空中以標準的量子化模型來解釋重力的理論。這種理論認為,空間可以被認為是許多細小的「纖維」或者許多有限的「纖維圈」構成的。)羅韋利將空間設想為一個近無限小的環所編織的網絡,與弦理論中的「振動弦」類似。
  • 近一百年來基礎物理學沒有取得突破,下一次物理學革命會在何時?
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