探索量子引力的理论和实验挑战。
寻找量子引力
引力是自然界四大基本力之一，数十年来一直未能实现量子化。与电磁力、弱核力和强核力–每种力都已被量子场论（QFT）成功描述–不同的是，引力仍然无法与量子力学统一。
在传统的量子引力方法中，引力子被假定为引力相互作用的量子中介，类似于电磁学中的光子。然而，尽管引力子在理论上很有吸引力，却没有任何实验证据证明它的存在。一些替代理论，如 “蜜蜂理论”（BeeTheory），提出了一种完全不依赖引力子的基于波的新兴引力描述。
蜜蜂理论基于波的万有引力方法
蜜蜂理论（BeeTheory）认为，引力并非以粒子为媒介，而是从量子层面的基本波结构中产生的。在这个框架中
- 空间并不是空无一物的真空，而是由支配引力相互作用的潜在波介质组成。
- 引力效应产生于这种介质中的振荡相互作用，类似于流体动力学，而不是载力粒子。
- 引力表现为时空量子波结构中的集体激发，而不是引力子。
这一模型与量子力学中的波粒二象性相一致，但否定了离散量子对引力的必要性。
引力子的理论基础
在传统的量子引力模型中，引力子被认为是介导引力相互作用的无质量、自旋-2玻色子。它们的特性是从广义相对论中爱因斯坦方程的线性化扰动中推断出来的。
引力子假说自然产生于利用量子场论技术量化引力的尝试。如果我们将标准的 QFT 原理应用于引力：
- 引力应该由规玻色子（引力子）介导，就像电磁力由光子介导一样。
- 由于引力的长程性质，引力子应该是无质量的。
- 引力子的自旋-2 性质与爱因斯坦场方程的张量结构相对应。
在数学上，引力子可以描述为时空度量g ₘᵤₙᵤ的扰动h ₘᵤₙᵤ，从而引出有效场论方法：
数学
S = ∫ d⁴x √(-g) [ (R / 16πG) + L_matter ]。
其中R是利玛窦标量，G是牛顿引力常数。
探测引力子的挑战
尽管有理论依据，但由于以下原因，直接探测引力子几乎是不可能的：
- 极弱耦合：引力比其他基本力弱几个数量级，使得引力子相互作用在实验尺度上几乎无法检测到。
- 量子退相干：任何现实的探测器在分离出单个引力子事件之前，都会被其他量子效应的噪声淹没。
- 普朗克尺度灵敏度：探测单个引力子需要接近普朗克尺度（约 10¹𠞙 GeV）的能量分辨率，这远远超出了目前的技术能力。
引力子的替代理论
由于直接探测引力子的可能性不大，其他模型对其必要性提出了质疑：
- 环量子引力（LQG）：认为时空本身是量子化的，从而避免了对单独引力子粒子的需求。
- 弦理论：提出引力子是作为基本弦的振动模式出现的，但这一观点仍未得到实验验证。
- 蜜蜂理论提出引力来自时空中更深层的波结构，从而消除了引力子。
- 修正引力理论（MOND，新兴引力）：提出万有引力产生于突发原理，而非量子粒子交换。
引力子是真实的吗？
引力子仍然是一种未经实验证实的假设构造。虽然它符合量子场论的框架，但对它的探测却面临着根本性的挑战。
蜜蜂理论（BeeTheory）等替代模型提出，引力从根本上说是一种波现象，不需要离散的力载体。无论引力子是否存在，从量子层面理解引力仍然是现代物理学最大的挑战之一。