伦敦大学学院的物理学家们在两篇同时发表的论文中宣布了一种激进的理论，该理论在保留爱因斯坦的经典时空概念的同时，一致地统一了引力和量子力学。

现代物理学建立在两个支柱之上：一方面是量子理论，它控制着宇宙中最小的粒子；另一方面是爱因斯坦的广义相对论，它通过时空的弯曲来解释引力。但这两个理论是相互矛盾的，一个和解已经在过去的一个世纪里一直难以实现。

普遍的假设是，爱因斯坦的引力理论必须被修改，或者“量子化”，以便适应量子理论。这是两个领先的量子引力理论候选者——弦理论和环量子引力理论——的方法。

但是一种新的理论，由乔纳森·奥本海姆教授(伦敦大学学院物理与天文学系)开发，并在《物理评论X》的一篇论文中阐述，挑战了这一共识，并采取了一种不同的方法，即建议时空可能是经典的——也就是说，根本不受量子理论的支配。

这种理论不是修改时空，而是修改量子理论，并预测了一种内在的不可预测性的崩溃，这种崩溃是由时空本身介导的。这导致了时空的随机和剧烈的波动，这些波动比量子理论所设想的更大，使得如果精确测量，物体的表观重量就变得不可预测。

第二篇论文，同时发表在《自然通讯》上，并由奥本海姆教授的前博士生们领导，探讨了这一理论的一些后果，并提出了一个测试它的实验：非常精确地测量一个质量，看看它的重量是否随时间波动。

例如，法国的国际度量衡局定期称量一个1公斤的质量，它曾经是1公斤的标准。如果对这个1公斤质量的测量波动小于数学一致性所要求的，那么这个理论就可以被排除。

实验的结果，或者其他证实时空的量子与经典性质的证据，是奥本海姆教授和卡罗·罗维利教授以及杰夫·彭宁顿博士之间的一场5000:1的赌注的主题——他们分别是量子环引力和弦理论的主要倡导者。

在过去的五年里，伦敦大学学院的研究小组一直在对这一理论进行压力测试，并探索其后果。

奥本海姆教授说：“量子理论和爱因斯坦的广义相对论在数学上是不相容的，所以理解这种矛盾是如何解决的是很重要的。是时空应该被量子化，还是应该修改量子理论，或者是完全不同的东西？现在我们有了一个一致的基本理论，其中时空没有被量子化，这是任何人的猜测。”

合著者扎克·韦勒-戴维斯，他是伦敦大学学院的博士生，他帮助开发了实验方案，并对理论本身做出了重要贡献，他说：“这一发现挑战了我们对引力的基本性质的理解，但也提供了探索其潜在的量子性质的途径。

“我们已经证明，如果时空没有量子性质，那么时空的曲率必须存在随机的波动，这些波动有一个特定的特征，可以通过实验来验证。

“无论是在量子引力还是经典引力中，时空都必须在我们周围经历剧烈和随机的波动，但这是在一个我们还没有能够探测到的尺度上。但如果时空是经典的，波动必须大于某个尺度，这个尺度可以通过另一个实验来确定，我们测试我们能把一个重原子放在两个不同位置的叠加态多久。”

合著者卡洛·斯帕拉奇亚里博士和芭芭拉·索达博士，他们的分析和数值计算帮助指导了这个项目，他们表示希望这些实验能够确定寻求量子引力理论是否是正确的方法。

索达博士(曾经是伦敦大学学院物理与天文学系，现在是加拿大理论物理学边缘研究所)说：“因为引力是通过时空的弯曲来表现的，我们可以从时空的流逝速率是否具有量子性质或经典性质的角度来思考这个问题。

“而测试这一点几乎和测试一个质量的重量是恒定的，还是以一种特定的方式波动的一样简单。”

斯帕拉奇亚里博士(伦敦大学学院物理与天文学系)说：“虽然实验的概念很简单，但对物体的称量需要非常精确。

“但我觉得令人兴奋的是，从非常一般的假设出发，我们可以证明两个可测量的量之间有一个清晰的关系——时空波动的尺度，以及像原子或苹果这样的物体可以被放在两个不同位置的量子叠加态多久。我们可以通过实验来确定这两个量。”

韦勒-戴维斯补充说：“如果像原子这样的量子粒子能够弯曲经典的时空，那么必须存在一种微妙的平衡。原子的波动性和时空随机波动的大小之间必须有一个基本的权衡。”

通过寻找质量的随机波动来测试时空是否是经典的这一实验方案，与另一种旨在通过寻找所谓的“引力介导的纠缠”来验证时空的量子性质的实验方案是互补的。

伦敦大学学院物理与天文学系的苏加托·博斯教授，他没有参与今天的宣布，但是他是最早提出纠缠实验的人之一，他说：“测试时空的性质的实验需要大规模的努力，但从理解自然的基本定律的角度来看，它们是非常重要的。我相信这些实验是可行的——这些事情很难预测，但也许我们会在未来的20年内知道答案。”

后量子理论不仅对引力有影响。量子理论中臭名昭著的、有问题的“测量公设”是不需要的，因为量子叠加态必然通过与经典时空的相互作用而局部化。

这个理论是由奥本海姆教授试图解决黑洞信息问题而激发的。根据标准的量子理论，一个进入黑洞的物体应该以某种方式被辐射出来，因为信息不能被摧毁，但这违反了广义相对论，它说你永远无法知道穿过黑洞的事件视界的物体。新的理论允许信息被摧毁，因为存在一种根本的不可预测性的崩溃。

本文译自 phys.org，由 BALI 编辑发布。

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