如果您仔細地研究一下宇宙，那麼它本質上就是量子。如果您嘗試將物質分成越來越小的部分，那麼最終您將得到不可分割的不可分割的組成部分。這些粒子通過交換耦合到其各種電荷的特定類型的量子進行交互。膠子介導強大的核力，與具有色電荷的粒子相互作用。W和Z玻色子介導了弱力，耦合到具有弱高電荷和同位旋的粒子。而且，光子介導電磁力，作用於帶電粒子上。但是，引力顯得與眾不同。我們的引力理論是經典的：廣義相對論。但是，從理論上講，應該有一個量子對應物，由一個稱為引力子的假設量子粒子介導。只有，我們能找出引力子是否確實存在嗎？
無論從實驗還是觀察上，我們都不知道引力是否本質上是量子的。如果是這樣，我們將在有方法進行測試和驗證後立即接受它。這就是為什麼這可能沒有您最初想像的那麼不可能。
圖註：光電效應詳細說明了光子如何根據單個光子的波長而不是光強度或總能量或任何其他性質將電子電離。 如果一束光以足夠的能量進入，它可以與電子相互作用並使其電離，將其踢出材料並產生可檢測的信號。
可以說，有史以來發現的第一個量子粒子是光子：與光有關的量子。光子確實會介導電磁力，但這樣做的光子是虛擬的：它們為我們提供了一種計算滲透到整個空間的電磁場的方法。這與真實的光子相反：我們可以在我們的儀器和檢測器中發射、吸收和測量光子。
每次看到某物時，這都是光子激發眼睛視網膜中存在的視杆或視錐細胞中的分子，然後刺激向您的大腦發出電信號的結果，該信號解釋進入的數據集並構建您所觀察到的圖像。看見的行為是一種固有的量子行為，每個光子都攜帶特定量的能量，該能量將被或不會被特定分子吸收。儘管愛因斯坦首先描述了光電效應，證明了光的量子性質，但重要的是要認識到所有光本質上都是量子。
通過將光視為波，我們可以很好地描述與光有關的許多現象，而引力很快就成為一種眾所周知的類似物：引力波。正如帶電粒子在電磁場中移動會發出電磁波（以光子的形式）一樣，在彎曲時空區域（類似於引力場）中移動的質量也會發出引力輻射或引力波。
先進的LIGO探測器於2015年開始採集數據時，便迅速開始發現宇宙空間中幹涉儀最敏感的最強引力輻射源：合併黑洞。在過去的5年中，這些探測器進行了升級，並由室女座探測器加入，迄今為止已發現了50多個總引力波事件。從合併黑洞到合併中子星，再到很有可能將中子星與黑洞合併，它們證明了引力輻射是非常真實的，並且與愛因斯坦的預測一致。
然後，一個大問題就變成了，一旦我們知道引力波是真實的，它們是否也表現出波粒對偶性？換句話說，就像光子既具有波狀特性，又具有粒子狀量子特性一樣，引力波是否也是如此？是否存在這種輻射構成的粒子狀對應物，而引力波攜帶的大量能量卻分布到各個離散的量子中？
這是一個引人注目的且非常合理的想法。例如，水波是由粒子組成的，即使它們不是那樣。但是，例如，如果您要在水面上漂浮一堆桌球，則可以直觀地看到真正發生的事情。單個桌球會沿著水表面上下移動，等等，您可以想像沿著波浪形表面的單個分子正在做類似的事情。正如我們正確推測的那樣，如果引力本質上是量子的話，完全可以想到引力波的量子對應物引力子。
圖註：一系列沿著圓形路徑移動的粒子可能會出現，從而產生宏觀的波錯覺。類似地，以特定模式運動的單個水分子會產生宏觀的水波，而我們看到的引力波很可能是由構成它們的單個量子粒子構成的：引力子。
儘管我們對引力波還不了解很多，包括它們是否由單個量子構成，但我們仍然可以分辨出許多特性。一些更有趣的方法如下：
引力波的確攜帶了可以沉積到探測器中的真實、有限、可測量的能量，引力波以特定的速度在空間中傳播，特別是引力，它與光速之差不超過約10^15分之一，引力波壓縮並擴展了它們在相互垂直的方向上傳播的空間，這使機靈的裝置（例如LIGO和室女座所採用的裝置）能夠檢測到它們，它們應該遵循建設性和破壞性的原則，幹擾空間中的其他任何波，遵守其他任何波都會遵循的相同規則。此外，我們已經觀察到引力波就像光子一樣，確實在傳播通過不斷膨脹的宇宙時確實擴展了它們的波長。隨著下層空間背景的擴大，我們觀察到的引力波的波長也會擴大。
但是，無論引力本質上是純經典的，還是愛因斯坦的廣義相對論只是一個近似的引力論，都存在著所有這些。 如果是量子，則意味著我們看到的每一個重力波都類似於我們看到的每一個光波：
由大量的量子粒子組成每個量子的固有質量為零表示它以光速傳播（等於引力速度）。此外，還有一些引力子特有的特性：它不會與光子共享。其中之一是，由於萬有引力理論的性質，介導萬有引力的粒子必須具有2的自旋，而不是像光子一樣具有1的自旋。因為它沒有質量，所以旋轉只能是+2或-2；它不能有中間值。另外，引力子將僅通過引力相互作用。它們會對具有質量或載有能量的任何其他量子作出反應，但在所有其他基本相互作用下，它們應該不帶電（因此不會受到影響）。
如果引力子真的有一個非常小的非零靜息質量，那麼宇宙可能會讓我們大吃一驚。正如許多基本粒子（甚至包括一些弱相互作用的W和Z玻色子等載重玻色子）固有的有限質量一樣，引力子也可能會存在。但是，根據我們目前的引力波測量結果以及檢測器接收到的能量，我們已將引力子的質量限制在令人難以置信的微小範圍內。如果它確實有質量，它必須小於1.6×10^-22 eV / c2，或者比電子輕約10^28倍。
您可能傾向於用暴力來檢測引力子：例如，通過構建足夠強大的粒子加速器，用來獲得可測量的量。從理論上講，沒有理由我們不能這樣做，因為（圓形）粒子加速器獲得的能量僅與環的半徑和磁體的彎曲強度有關。利用最先進的磁鐵技術，我們可以用來測試弦論的同尺寸環（大約是太陽系中冥王星軌道的大小）也將探究引力子的存在。
圖註：一個假想的新加速器，要麼是長線性加速器，要麼是生活在地球地下一條大隧道中的加速器，可能使先前和當前對撞機可以達到的新粒子的敏感性相形見絀。要從弦理論中探測到假想的重力，我們需要一個比地球上任何合適的碰撞器更大、更強大的對撞機，需要太陽系大小的對撞機。
這似乎不太可能，下一個暴力選擇也不是：只需構建一個足夠大，足夠靈敏的檢測器，即可檢測出宇宙中其他天體物理學現象自然產生的引力子。 薩賓·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）估計：「我們需要一個像木星大小的探測器來測量其他地方產生的引力子」，這種情況不太可能很快發生。
尋找引力子的關鍵地點，或者是我們已經證明存在的這些引力波性質的「粒子」部分的標誌，將是預計在最短距離處量子引力效應最強，最明顯的地方。尺度和引力場最強的地方。在宇宙中探索這個制度的最佳地方莫過於兩個黑洞合併，就像您可以想像的那樣，它們接近它們的奇點。
相對論完全可以滿足我們宇宙中所有預期存在的黑洞的需求，可以描述發生在黑洞事件視界之外的所有影響。但是，當您非常接近奇點時，或者特別是當兩個奇點合併在一起以創建不同的奇點時，我們預計量子效應可能會出現：量子效應表明偏離廣義相對論的預測。如果有一個地方會出現量子引力固有的現象，那就是它。
如果我們想現實地做到這一點，那麼我們就必須能夠在奇異點合併的確切時刻附近獲取數據，並且必須在非常快的時間內進行。今天，LIGO對毫秒級的事件很敏感，但是如果我們可以在皮秒級的時間範圍內探測宇宙——包括螺旋階段結束時、合併之時和開始時，隨後的自轉減緩階段——這可能是可能的。目前，我們的雷射脈衝達到了飛秒的時間尺度（10^-15 s至10^-18 s），並且隨著足夠多的幹涉儀同時工作，我們可能足夠靈敏，能夠實際檢測到任何量子引力的信號。
不過，更大的問題是：我們可以預見到的大多數能揭示引力是否是量子的特徵都不會直接揭示引力子的存在。檢測由宇宙膨脹預測的廣受歡迎的B模式，將間接證明引力本質上是量子，但不會直接檢測引力子。如果您通過雙狹縫發射電子，並且可以測量其引力場是通過兩個狹縫還是僅通過一個狹縫，那將揭示出引力是否本質上是量子的，但同樣，我們也不會檢測到引力子。
還存在其他方案，它們非常聰明。如果您將各種波長的光子通過晶體，並且晶體移動的「臺階」是離散的而不是連續的，則可以證明空間是量化的。如果將質量帶入狀態的量子疊加，並且能級取決於引力自能，則可以確定引力是否被量化。而且還有其他潛在的特徵可以間接揭示引力是否本質上是量子的。
這種可能性令人興奮且令人著迷，但我們必須記住，邁出第一步看起來與我們最終期待的最終結論目標大不相同。如果我們能證明引力本質上是量子的，那將是巨大的。如果我們能證明空間是量化的，那將改變我們對現實的看法。而且，如果我們可以進行一項實驗，但其結果與廣義相對論的簡單預測不符，那將帶動我們朝著巨大的發展和新的進步邁進。
但是，這與證明引力子確實存在並不相同，只是測量脈衝中子星的軌道衰減表明引力波確實存在。是的，這一發現是諾貝爾獎獲得者的一項巨大成就，並且與我們現在對引力波的所有思考都相符。但這並不能證明引力波的存在。為此，我們需要直接檢測。目前，我們的下一步應該是進行一個實驗，該實驗表明廣義相對論還不夠，並揭示了宇宙理論上的量子引力性質。直接檢測引力子的夢想是一個更大的獎項：我們希望能找到引力子，實際上很難實現這一目標。