Sjors Heefer的博士研究使用Finsler幾何探索重力波和時空，旨在調和廣義相對論與量子力學。他的發現支持了時空的芬斯勒性質，與重力波觀測一致。
對 重力波 及其與芬斯勒幾何關系的研究為時空提供了新的見解，提出了協調相對論和量子力學的方法。
當談到我們的宇宙時，人們常說「物質告訴時空如何彎曲，彎曲的時空告訴物質如何移動」。這是艾拔·愛因斯坦著名的廣義相對論的精髓，描述了行星、恒星和星系如何移動並影響它們周圍的空間。雖然廣義相對論抓住了我們宇宙中的大部份大事物，但它與量子力學所描述的物理學中的小事物不一致。在他的博士研究中，Sjors Heefer探索了我們宇宙中的重力，他的研究對令人興奮的重力波領域產生了影響，並可能影響未來如何調和物理學的大與小。
揭開宇宙的面紗：愛因斯坦的理論及其他
一百多年前，艾拔·愛因斯坦（Albert Einstein）用他的廣義相對論徹底改變了我們對重力的理解。「根據愛因斯坦的理論，重力不是一種力，而是由於四維時空連續體（簡稱時空）的幾何形狀而出現的，」Heefer說。「它是我們宇宙中迷人現象出現的核心，例如重力波。
大質素物體，如太陽或星系，會扭曲它們周圍的時空，然後其他物體沿著最直的路徑（也稱為測地線）穿過這個彎曲的時空。
然而，由於曲率的原因，這些測地線根本不是通常意義上的直線。例如，就太陽系中的行星而言，它們描述了圍繞太陽的橢圓軌域。透過這種方式，廣義相對論優雅地解釋了行星的運動以及許多其他重力現象，從日常情況到黑洞和大爆炸。因此，它仍然是現代物理學的基石。
解析理論：量子力學與廣義相對論
雖然廣義相對論描述了許多天體物理現象，但它與物理學的另一個基本理論——量子力學相沖突。
「量子力學表明，粒子（如電子或μ介子）同時以多種狀態存在，直到它們被測量或觀察到，」Heefer說。「一旦測量，他們就會隨機選擇一種狀態，因為這種神秘效應被稱為'波函數的塌縮'。
在量子力學中，波函數是一種數學運算式，用於描述粒子（例如電子）的位置和狀態。波函數的平方導致粒子可能位於何處的概率集合。波函數在特定位置的平方越大，粒子在被觀測到後位於該位置的概率就越高。
「我們宇宙中的所有物質似乎都受制於量子力學奇怪的概率定律，」Heefer指出。「所有自然力也是如此——除了重力。這種差異導致了深刻的哲學和數學悖論，解決這些悖論是當今基礎物理學的主要挑戰之一。
彌合與 Finsler 幾何形狀的差距
解決廣義相對論和量子力學沖突的一種方法是擴充套件廣義相對論背後的數學框架。
在數學方面，廣義相對論基於偽黎曼幾何，這是一種能夠描述時空可以采取的大多數典型形狀的數學語言。
「然而，最近的發現表明，我們宇宙的時空可能超出了偽黎曼幾何的範圍，只能用芬斯勒幾何來描述，這是一種更先進的數學語言，」Heefer說。
是時候讓芬斯勒大放異彩了
在以德國和瑞士數學家保羅·芬斯勒（Paul Finsler）命名的芬斯勒幾何中，兩點（A和B）之間的距離不僅取決於兩點的位置。這也取決於一個人是從 A 地到 B 地還是相反。
「想象一下，走向山頂的某個點。沿著陡峭的斜坡向該點走去會花費您大量的能量來走完這段距離，並且可能需要很長時間。另一方面，回去的路會容易得多，花費的時間也會少得多。在芬斯勒幾何中，這可以透過為上升方向分配比向下方向更大的距離來解釋。
使用芬斯勒幾何的數學重寫廣義相對論導致了芬斯勒重力，這是一種更強大的重力理論，它捕捉了廣義相對論解釋的宇宙中的一切，甚至可能遠不止於此。
探索芬斯勒重力的可能性
為了探索芬斯勒重力的可能性，Heefer需要分析和求解某個場方程式。
物理學家喜歡用場來描述自然界的一切。在物理學中，場只是在空間和時間的每個點上都具有值的東西。
一個簡單的例子是溫度，例如;在任何給定的時間點，空間中的每個點都有一定的溫度與之相關。
一個稍微復雜的例子是電磁場。在任何給定的時間點，空間中某個點的電磁場值告訴我們帶電粒子（如電子）如果位於該點將經歷的電磁力的方向和大小。
當談到時空本身的幾何形狀時，這也是由一個場來描述的，即重力場。這個場在時空某個點的值告訴我們該點的時空曲率，正是這個曲率表現為重力。
發現新的時空幾何形狀
Heefer轉向了Christian Pfeifer和Mattias N. R. Wohlfarth的真空場方程式，這是在空曠空間中控制重力場的方程式。換句話說，這個方程式描述了在沒有物質的情況下時空幾何形狀可能呈現的形狀。
Heefer：「近似地說，這包括恒星和星系之間的所有星際空間，以及太陽和地球等物體周圍的空白空間。透過仔細分析場方程式，已經確定了幾種新型的時空幾何形狀。
重力波時代
Heefer工作中一個特別令人興奮的發現涉及一類代表重力波的時空幾何形狀 - 例如，時空結構中的漣漪以光速傳播，可能由中子星或黑洞的碰撞引起。
2015年9月14日，重力波的首次直接 探測，標誌著天文學新時代的到來，使科學家能夠以全新的方式探索宇宙。
從那時起，對重力波進行了許多觀測。Heefer的研究表明，這些都與我們的時空具有芬斯勒性質的假設一致。
芬斯勒重力研究的未來
「這個領域還很年輕，這個方向的進一步研究正在積極進行中，」Heefer說。「我樂觀地認為，我們的結果將有助於加深我們對重力的理解，我希望最終，它們甚至可以揭示重力與量子力學的調和。
