量子引力：宇宙的最终理论吗

虽然标准模型涵盖了大部分已知的基本力，例如电磁力、强核力和弱核力以及希格斯场，但该模型完全没有提及真正将宇宙结合在一起的力——引力。

引力比其他已知的力弱得令人难以置信。 在原子核大小的尺度上，弱力比强力弱大约100000倍，但引力比这还弱得多，它大约比强力弱10⁴¹倍。这就像将微小的质子与可见宇宙的大小进行比较，这是一个巨大的差异。

由于引力在量子世界中如此微弱，我们不可能在粒子物理实验中看到任何引力效应。事实上，如果我们只是分析粒子物理实验的数据，我们甚至不知道引力的存在。

我们知道引力的原因是因为它有无限的范围和高达银河系甚至星系团的尺度，我们可以看到它的工作原理基本上就像牛顿350年前预测的那样。需要小行星、行星或恒星的质量才能完全看到引力。

就像前面说的，在和质子差不多大的时候，引力是很弱的。但是引力即使很弱，也必须适用于微观世界。而且，由于我们最好的引力理论是爱因斯坦的广义相对论，最好的情况就是将该理论应用到亚原子领域。

举个例子，让我们想象一个电子绕着原子核运行。如果这样做，我们会发现爱因斯坦的理论预测电子会因引力波的发射而失去能量，然后螺旋下降与质子相碰。使用经典电磁学的类似预测导致了量子力学的发明，同样的道理也表明引力也必须具有某种量子性质。

怀疑引力必须具有量子性质的另一个原因是：我们有其他力的量子理论，广义相对论是经典理论，不可能将量子理论和经典理论无缝结合。这被视为应该存在量子引力理论的额外证据，否则我们将无法写出一个准确描述视界的统一理论。

如果我们接受量子引力的概念，我们可以得出一些对所有此类理论都适用的基本结论。一个这样的结论是，应该有一种叫作引力子的粒子。就像电磁学的量子理论预测光子存在一样，量子引力预测引力子必须存在。

现在我们从未见过引力子，这意味着我们不应该轻易相信它。但是，如果它存在，为了与牛顿和爱因斯坦的引力理论一致，该粒子必须具有某些特性：要拥有引力的无限范围，引力子必须是无质量的，引力子的量子力学自旋必须为2，引力子必须是电中性的。

该理论预测了一种具有非常特殊性质的粒子，所以下一步就是去寻找它了。但是，问题是引力太弱了，所以在粒子物理实验中基本上不可能制造引力子。即使使用我们想象中一百年后的技术建造的加速器，我们也不可能找到引力子。

有一种很小的可能性，我们会在不久的将来看到引力子，但前提是宇宙与我们看起来的有很大不同。如果宇宙除了熟悉的三个维度之外还有额外的微小维度，我们就有可能找到引力子，甚至还有可能找到大质量引力子。坦率地说，虽然有这种可能，但希望不大。

回到更基本的量子引力概念，这个主题有没有任何理论进展？事实上，已经提出了一些量子引力理论，其中一个是超弦理论，它说物质的最小组成部分实际上是非常小的弦。这一理论多年来一直非常流行，尽管有些人批评它没有做出可检验的预测。

另一个流传已久的想法被称为“圈量子引力”。该理论的数学相当复杂，但其基本思想是存在最小的空间和时间量子。在普通尺度中，可以将一个一米长的物体切割成两个半米长的物体。但当达到一定尺寸时，实际上再也无法制作更小的物体。这个最小空间和时间的物理维度太小而无法在粒子物理实验中进行测试。

这些研究尚无定论，到目前为止还没有证据证实这些想法，所以量子引力还没有得到证实。