时空几何作为量子力学之源:统一理论的新视角

编辑者: Irena I

在基础物理学的宏大图景中,爱因斯坦的广义相对论(OТO)与量子力学(QM)之间的协调统一,始终是困扰学界数十年的核心难题。然而,这一僵局似乎迎来了新的转机。2025年10月26日,《欧洲物理学杂志C》(The European Physical Journal C)上发表了一项开创性研究,为这一挑战带来了新的发展方向。物理学家马可·马托内(Marco Matone)和尼古拉斯·迪马基斯(Nikolaos Dimakis)提出了一个大胆的论断:量子现象的概率本质,可能直接源于时空自身的几何属性。

这项科学突破的核心在于,研究人员展示了量子宇宙学方程的WKB展开式中的首次修正项,如何能够重新构建弗里德曼第一方程。这为我们提供了一个理解框架:广义相对论的决定性结构与量子理论的概率性世界,或许只是同一更深层现实的不同侧面。这项工作中最引人注目的论断是,在满足特定条件的前提下,薛定谔方程可以从广义相对论中推导出来,这无疑为两大理论的融合提供了强有力的数学支撑。

该研究彻底改变了我们对现实本质的看法,它倡导将宇宙视为一个统一且相互关联的整体系统。如果时空的几何特性是量子不确定性的根源,那么这意味着宏观的引力场和微观的量子涨落,实际上是同一个基本原理的不同表现形式。这种全新的视角促使我们重新审视宇宙中的因果关系链,将看似分离的物理现象纳入一个统一的框架内进行考察。

马托内和迪马基斯的研究同样深入探讨了宇宙学的动态演化。他们考察了辐射主导时期,并指出基于量子尺度因子的量子解如何改变宇宙的演化进程,成功消除了当尺度因子趋于零时出现的奇点问题。此外,他们的量子方程被证明与最近用于分析黑洞的塞伯格-威滕(Seiberg-Witten)公式具有对偶性。该理论还包含了由孔采维奇(Kontsevich)、西格尔(Segal)和威滕(Witten)等人发展的复数度规和重现性(resurgence)现象,这充分显示了其深远的数学一致性。

理论物理学中的此类进展提醒我们,那些看似无法解决的矛盾——例如广义相对论和量子力学在宇宙大爆炸附近或黑洞中心的分歧——并非是死胡同,而是邀请我们采取更宏大视角的契机。认识到时空结构本身就是量子不确定性的来源,使得研究的焦点从解决“冲突”转向理解早已深藏于万物基础中的内在和谐与统一。这种对时空几何的深刻理解,有望成为未来统一场理论的基石。

来源

  • Scienmag: Latest Science and Health News

  • European Physical Journal C

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