🉐 🍞 👩‍🎤 询问第91号Ethan：弦论对于量子引力是否必要？ 👩🏿‍🤝‍👩🏾 🌇 ⭐️

在我看来，弦论中发生了许多有趣的事情，这不可能是错的。人们不太了解它，但我不认为有某种宇宙阴谋造就了与现实世界无关的事物。

爱德华·惠顿

毫无疑问，从数学的角度来看，我们在各种美丽而优雅的数学仪器中都没有缺点。但并非所有这些都在物理宇宙中有意义。对于描述我们可以看到和测量到的每一个绝妙的主意，还有另一个绝妙的主意试图描述同一件事，但事实证明这是错误的。上周在讨论有关弦论替代方法的问题时，我发现以下陈述：

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首先，量子引力，弦论解和其他选择之间有很大的差异。

让我们从我们亲爱的宇宙开始。有相对论的一般理论-我们的引力论。她假设整个系统比牛顿提出的简单的“远程动作”要复杂一些，在该动作中，宇宙各个地方的所有质量都相互作用，与它们之间的距离的平方成反比。

正如爱因斯坦使用等价原理E = mc ^2所解释的质量在1907年，只有一种形式的能量。这种能量包裹了时空的结构，改变了物体移动的路径，并弯曲了观察者会看到的笛卡尔格子。物体不会被看不见的力加速，而只会沿着被宇宙中各种形式的能量所弯曲的路径行进。

这是重力。

另一方面，我们具有自然的量子定律。电磁受带电粒子及其运动控制。它们是由相互作用的载体光子来描述的，光子充当了中介，由于这种现象，我们产生了与电和磁相关的现象。仍然存在两种核力量-负责放射性衰变的弱力量和将原子核保持在一起并通常允许质子和中子存在的强力量。

这些力的计算是在平坦的时空中进行的-因此每个学生都开始学习量子场论。但是在存在弯曲时空的情况下，遵循相对论的一般理论，一切都会开始出现错误的行为。

“好吧，让我们在弯曲空间的背景下进行量子计算！” -你建议。这称为半经典重力，它使我们能够计算诸如霍金辐射之类的东西。但是即使这样，这些计算也仅在黑洞事件视界上进行，而不在重力更强的地方进行。正如物理学家Sabina Hossenfelder解释的那样，我们需要在多个地方进行引力量子理论，所有这些都与微观距离的引力物理学有关。

例如，黑洞中心会发生什么？奇异性不只是一个无限密度的点，还不如说是GR的数学给出关于势和力的毫无意义的答案的点。例如，当电子同时穿过两个狭缝时会发生什么？

引力场是否穿过两个槽？通过其中之一？遗传资源对此问题没有答案。

似乎应该有一个量子引力理论来解决与“光滑”广义相对论有关的此类问题和其他类似问题。为了解释在存在引力或质量源的情况下短距离内发生的情况，我们需要一种量子的，离散的，即基于粒子的引力理论。

由于广义相对论的性质，我们已经知道了一些。

已知的量子力通过称为玻色子的粒子或具有整个自旋的粒子传递。光子传输电磁相互作用，W和Z玻色子传输弱相互作用，胶子传输强相互作用。对于所有这些粒子，自旋等于1，也就是说，大质量粒子（W和Z）的自旋可以取值为-1、0或+1，并且无质量（胶子和光子）的值仅为-1或+1。

希格斯玻色子是玻色子，尽管它不传递相互作用并且自旋为0。我们的重力知识（GR是重力的张量理论）说，它应该由自旋为2的无质量粒子传输，也就是说，它的自旋可以取值-2或+2。

也就是说，甚至在我们拟定重力理论之前，我们就已经对量子量子理论有所了解！无论是什么，它都必须与远距离的GR相对应-就像在弱场的情况下GR必须退化为牛顿重力理论一样。

但是如何？如何量化引力，以使该理论在描述其周围的世界时是正确的，并且与GR和TAG兼容，并且最好能够得出可以观察和测量的这种现象的计算预测？

您已经听说了领先的候选人-这是弦理论。

1）弦论。这是一个有趣的装置-它可以包含标准模型已知的所有场和粒子，包括费米子和玻色子。它还包括重力的十维张量标量理论，其中有9个空间，一个时间维和一个标量场参数。使用压缩（一个不完整描述的过程）删除六个维并将描述标量积分的参数ω移到无穷大，我们得到了GR。

但是对于TS，存在许多现象学问题。例如，她预测会出现一堆新粒子，包括所有超对称粒子，但都找不到。她声称她不需要“自由参数”作为标准模型（粒子质量），但是她用更糟糕的问题代替了此问题。肯特谈论^10,500各种解决方案-它们指的是字符串字段值的真空期望值，但是没有机制可以建立它们。如果您需要TS来工作，则放弃动态，然后说：“好吧，它是根据人为原则选择的。”

但是，ST并非唯一的选择。

2）循环量子引力。 PCG而不是量化粒子，建议考虑选择离散空间。想象一下在中间有一个保龄球的拉长床单。只有这种结构不会光滑-实际的薄片实际上是量化的，它是由分子，原子，原子核和电子组成的。

空间也是如此。它可能像织物一样工作，但也可以由有限实体制成。也许他缝了缝线-理论在哪里得了名。缝制回路，您将得到一个表示重力场量子态的网络。在这种情况下，不仅重要，而且空间将被量化。如何从这种观点出发进行现实的量子计算是一个悬而未决的问题，他的研究在2007-2008年取得了突破，目前仍在积极地前进。

3）渐近安全重力。我最喜欢的尝试接近CTG的尝试。渐近自由于20世纪70年代开发出来，用于解释强相互作用的不寻常特性-在短距离内，作用力非常弱，随着带电粒子被去除，强度会增强。与相互作用常数较小的电磁相反，在强相互作用中电磁常数较大。得益于量子色动力学的有趣特性，如果您构建的系统没有颜色，则相互作用的强度将很快降低。

渐近安全性似乎解决了与此相关的主要问题-您不需要小的交互常数或趋于零的交互常数。您需要常数是有限的。所有相互作用常数随能量而变化，并且渐近安全简单地选择用于在恒定的值，高能量的情况下，此后的其他一切都可以计算出较低的能量。

没错，到目前为止，我们已经找到了如何仅在二维空间中解决此问题的方法，其中一维在空间中，一维在时间中。但是这个过程正在进行中。 Christoph Wetterich 在90年代发表了两篇突破性作品。六年前，他利用这一理论预测了由大型强子对撞机发现的希格斯玻色子的质量。

结果与现实相符。这真是一个奇妙的预测，当计算误差的范围进一步降低，并且W玻色子和希格斯玻色子的质量最终确定时，我们甚至不需要其他基本粒子（例如超对称）就可以在物理上一直稳定地达到Planck尺度。

它不仅很有前途，而且具有与弦论相同的积极特性：它可以量化重力，在低能量下退化为广义相对论，并且具有紫外线限制。而且，与弦乐不同，她不需要携带任何没有证据的垃圾。

4）因果动态三角剖分。这是Rinate Loll在2000年开发的新产品。。就空间的离散性而言，它类似于PCG，但主要处理空间本身的演变。该理论有趣的特性之一是时间也是离散的。该理论暗示4维时空（未假定，但遵循），在高能量时会变为二维。它基于单纯形的数学概念，它是三角形的多维类似物。 2-simplex是一个三角形，3-simplex是一个四面体，依此类推。有趣的是，保留因果关系的原理显然是从该理论得出的。她也许能够描述重力，但到目前为止，我们还不能100％地确定基本粒子的标准模型是否可以推入其中。

5）感应引力。在2009年，Eric Verlinde提出了熵引力理论，这是最具有投机性和最新性的理论。熵引力理论是一种模型，其中引力不是主要作用力，而是源于与熵有关的现象。该理论的种子可以追溯到发现宇宙重对称不对称的条件，还可以追溯到他在1967年提出的安德烈·萨哈罗夫（Andrei Sakharov）的概念。该理论太新了，不能提出太多要求。

好吧，我们今天对量子引力问题有什么看法。我们需要它来使宇宙在粒子级别工作，但是我们不知道它的外观以及所描述的任何理论是否会发挥作用。弦论是最受研究的，渐近安全引力是我的最爱，环形量子引力是这五种方法中第二受欢迎的，因果动态三角剖分和诱导引力是目前正在积极发展的新理论。

询问第91号Ethan：弦论对于量子引力是否必要？

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