科学家首次在数学上统一了广义相对论和量子力学！

打工人 · 2025-4-6 20:53:47

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2025年3月5日，一项颠覆性的研究在《物理评论D》发表，提出了将引力与熵结合的全新量子理论框架。这项工作的核心在于：通过重新定义时空微观结构的熵属性，首次在数学上统一了广义相对论与量子力学的基本方程。论文中出现的拓扑场论方程显示，引力场可被表述为量子纠缠网络的熵流。

图释：熵量子引力作用的图示表示。重力作用由流形的度量与物质场和几何感应的度量之间的量子相对熵给出。
时空的量子编织
传统观念中，熵是热力学系统的混乱度量。但在新理论里，时空本身的几何起伏被解释为量子纠缠态的熵涨落。研究团队通过引入拓扑量子场论中的流形参数，证明爱因斯坦场方程中的曲率项可以完全转化为量子系统的纠缠熵梯度。这种转化在数学上解决了广义相对论与量子力学量纲不匹配的百年难题。实验中，利用金刚石氮空位色心的量子传感器，团队观测到微米尺度下磁场涨落与理论预测的熵梯度模式高度吻合。
黑洞信息悖论的突破

新模型对霍金辐射的熵属性给出了全新诠释。当物质落入黑洞时，其量子信息并非丢失，而是以非局域纠缠态编码在事件视界的熵结构中。这种编码方式通过拓扑流形的虫洞结构实现信息传递，与2024年中国团队利用超导腔增强探测的暗光子实验数据相印证。研究还指出，中子星的引力波辐射谱可能携带其内部夸克物质熵结构的特征信号——这与吴岳良团队在引力量子场论中预测的线性动力学特征不谋而合。
实验室中的宇宙演化
最令人惊讶的是理论的可验证性。通过调整量子自旋系统的参数，科学家在核磁共振平台上模拟了早期宇宙的熵增长过程。当系统温度降至临界点时，观测到自旋态的集体量子纠缠呈现指数级扩张，完美复现了宇宙微波背景辐射的温度涨落模式。这种‘桌面宇宙’实验为检验暴胀理论提供了新途径。
未解之谜
尽管理论成功解释了暗能量与宇宙加速膨胀的关系——将其归结为量子真空的负熵驱动，但对引力子的描述仍存争议。团队在论文附录中提到，若假设引力子是拓扑缺陷的集体激发态，则需修正标准模型中的希格斯机制。这恰好呼应了吴岳良在超统一场论中提出的规范对称性破缺新机制。下一步，欧洲核子研究中心已计划利用大型强子对撞机的极化质子对撞实验，探测高能条件下时空熵结构的相变特征。