物理學家都認為重力是一種量子現象
重力的問題
這是愛因斯坦在100多年前就發現的問題。
這是一個我們可能即將解決的問題，也可能需要另一個世紀才能解決的問題。
而問題在於我們並不完全了解重力是如何運作的。
悉尼大學的天體物理學家傑拉特·路易士（Geraint Lewis）說: 「很長時間以來，盡管人們一直在用大錘敲擊這個科學問題。然而，它就是一直沒有被攻克。」
我們知道重力的作用。它讓我們站在地球上，它使地球繞著太陽轉。
受益於愛因斯坦的重力理論，賜給我們如此多的知識與理論，可以繪制出行星繞行和星系碰撞的軌跡。
廣義相對論，物質告訴時空如何彎曲，彎曲的時空告訴物質如何運動
他的廣義相對論自1915年發表以來一直無人超越。但在某些地方相對論會崩潰。
方程式就不能給我們想要的答案了。
所以100多年來，物理學家一直在尋找一種新的理論來解釋愛因斯坦所不能解釋的東西。
這既是對基礎物理學的嚴肅探索...也是對時空本質的不太嚴肅的賭註。
愛因斯坦的不完整重力理論
廣義相對論告訴我們，重力是時空的曲率。
像太陽這樣的大質素物體扭曲了周圍的空間和時間。這使得像地球這樣的物體在特定的軌域上運動。
這背離了艾薩克·牛頓的重力觀，牛頓的重力觀主導了物理學200年。
牛頓認為萬有重力是一種獨立於空間和時間的力，而愛因斯坦則認為萬有重力是時空的產物。
澳洲莫拿殊大學的數學家羅賓·阿裏恩霍德（Robyn Arianrhod）稱廣義相對論是「人類頭腦中最非凡的創造。
該理論的預言不斷地成為現實——即使愛因斯坦自己也懷疑它們會成為現實。
從 1919 年第一次觀測到太陽在日食期間彎曲的光線，到探測到時空結構中的微小波紋，即2015年發現重力波。
廣義相對論以它的美麗和簡潔而著稱。但即使是愛因斯坦也知道他的理論不能解釋一切。
愛因斯坦不僅提出了廣義相對論，他還是量子力學的奠基人之一
這就是為什麽他總是在尋找將所有事物融合在一起的根本原則，但是，盡管愛因斯坦試了很久，他還是找不到答案。
1938 年他在一封信中寫道：
我們知道廣義相對論是不完整的，有幾個原因。
在黑洞的中心，當我們試圖理解宇宙的起源時，數學就變得不可靠了。
它告訴我們的是，我們所知道的相對論在某一點上會崩潰。廣義相對論也在非常小的尺度上分解。
這就是量子理論占據主導地位的地方——一套完全不同的規則，告訴我們亞原子粒子，例如光子和電子，其行為是如何的。
但這意味著我們有兩套規則來解釋宇宙，而這兩套規則是根本不相容的。
量子難題
理解廣義相對論和量子力學之間的鴻溝，最簡單的方法就是比較這兩種理論對世界的設想。
廣義相對論認為時空是連續的，而量子理論認為宇宙是組成更大整體的離散部份。但這可能都不是真的。
重力會被征服嗎？量子力學能夠屈服嗎？他們一定要在中間的某個地方碰撞嗎？」
長期以來，人們一直認為重力是問題所在。
根據標準物理模型，有四種基本力，每種力由不同類別的粒子所承載。
對於 電磁力 來說是光子，對於 強力 來說是膠子。而玻色子則攜帶 弱力 。
物理學家每發現一個新粒子，標準模型就離成為超級模型更近一步。
那 重力 是由什麽產生的呢
到目前為止，我們還沒能找到使重力成為可能的離散部份，部份原因是重力太弱了。
重力比弱力更弱，因此很難進行實驗。盡管如此，物理學家們對它研究熱情有增無減。
可能攜帶重力的粒子是重力子
澳洲國立大學（ANU）的物理學家蘇珊·史葛（Susan Scott）說，了解重力的真正本質可能具有「驚人的含義」。
史葛教授表示： 它可以告訴我們自然法則從何而來，宇宙是建立在不確定性之上，還是決定論的 。」
這不僅僅只是關乎諾貝爾獎。 而是它 還能讓我們對黑洞有新的認識，揭開宇宙起源之謎。
弦理論
弦理論也許是最令人生畏的概念之一。
但用最簡單的術語來說，它所提出的理論就是粒子是由微小的、振動的弦組成的。
史葛教授比喻: 「就像在音樂中，不同的琴弦組合產生不同的音符，微小的振動琴弦產生不同的粒子。」
這將包括提議的重力粒子——重力子。
弦理論不僅僅是量子重力理論。它還致力於成為一個理論的一切。
使弦理論工作所需的維度數量取決於數學解釋。
例如，M理論需要11個維度。
史葛教授說：「這比愛因斯坦的時空理論多出7倍。」
超弦理論需要10個維度，玻色子弦理論需要高達26個維度。
到目前為止，還沒有一絲證據表明這些額外維度的存在。
環 形量 子重力
環形量子重力理論認為時空不是連續的，而是由一個由微小的、交織在一起的環組成的網絡。
該理論的創始人之一、意大利物理學家卡洛·羅維利（Carlo Rovelli）說，這個想法類似於一件T恤:面料看上去可能是連續的，但如果你仔細看，你可以看到線條。
羅維利教授說：「但是這些線並不在太空中，因為它們本身就是太空。」
量子化時空的潛力——不僅僅是重力——是量子環理論與弦理論的區別。
然而，就像目前所有的量子重力理論一樣，總是很難檢驗的。
環迴圈量子重力的環圈小得不可思議——大約是0.00000000000000000000016米。
史葛教授說：「這是不可能在地球上的任何粒子加速器上進行測試的。」因此需要設計新的實驗。
時空的「賭註」
這些理論已經存在了幾十年，但仍未得到驗證，這可能是一個不好的預兆——至少倫敦大學學院的物理學家莊拿芬·奧本海姆（Oppenheim）是這樣認為的。
奧本海姆教授說:「事情變得如此困難，可能是因為我們走錯了方向。或許量子化重力的想法一直是錯誤的方法。
奧本海姆教授正在研究一個有爭議的「混合理論」，它沒有對重力進行量化，也修改了愛因斯坦的一些方程式。他自己認為大概99%的同事都認為他是個瘋子，因為大多數人認為應該量化重力。
卡洛·羅維利就是其中之一。
當他聽到奧本海姆教授在 2020 年的一次會議上的講話時，他非常激動，於是他同意打賭誰的理論會勝出。
他們確定了1比5000的賠率，也就是說，如果羅維利教授贏了，他得到的只是一件東西，但如果奧本海姆教授贏了的話，他得到的是5000。
然而，這個賭註的重點是為了確定科學家們改變他們的想法所需要的。
尋找證據
物理學家試圖證明重力是一種量子現象的方法之一就是當場捕捉住它。
我們基本知道量子行為是什麽樣子的。一個例子是纏結，兩個粒子相互作用，然後在很遠的距離上保持聯系。
如果這些僅僅以重力相互作用的粒子變得纏結在一起，那就意味著重力是一種量子現象。
奧本海姆教授說，實驗室的新興技術給這一領域帶來了新的希望。
「人們一直認為，為了測試量子重力，我們必須達到極高的能量，」他說。「就像我們幾乎必須找到黑洞一樣。我們最近了解到事實並非如此。我們可以進行低能量的實驗。」
今年早些時候，南安普敦大學（ University of Southampton ）就有一個例子，科學家們利用磁鐵來探測粒子的重力。
而在澳洲， ANU 的科學家們提出了利用敏感激光進行量子重力實驗。
史葛教授說，這些桌面技術給了我們更多的機會來揭開地心重力的秘密。
這可能是自愛因斯坦1915年提出重力理論以來，參與重力研究的最激動人心的時刻。
但沒有一個確定的時間表。答案已經暗示了我們100年，而且還可能再暗示我們100年。
