哪些是量子引力理論？
量子熱學(xué)和廣義相對(duì)論是數(shù)學(xué)學(xué)中兩個(gè)偉大的理論，但一個(gè)基本的概念是：這兩個(gè)理論之間是不兼容的量子物理概念，事實(shí)上它們分胸針對(duì)于世界上兩種不同的成份：時(shí)空和物質(zhì)。量子引力理論是一種結(jié)合了量子熱學(xué)和廣義相對(duì)論的假想理論，它可以解答一些我們關(guān)于化學(xué)世界的深刻提問(wèn)，稱它為數(shù)學(xué)界的圣杯實(shí)至名歸。
為何我們須要量子引力理論？
量子熱學(xué)中物質(zhì)和場(chǎng)處于一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)空，在這個(gè)時(shí)空里，時(shí)空本身對(duì)場(chǎng)不形成化學(xué)作用，只拿來(lái)描述它們?cè)跁r(shí)間空間中所處的座標(biāo)，這是一種背景依賴?yán)碚摗V義相對(duì)論是只關(guān)乎時(shí)空的理論，并不涉及到對(duì)物質(zhì)本身的討論，它描述了物質(zhì)怎樣影響時(shí)空的幾何，時(shí)空怎樣影響物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，但這種討論都在純粹的精典理論模型下。最重要的是，廣義相對(duì)論不須要預(yù)設(shè)時(shí)空的存在，因此是一種背景獨(dú)立理論。量子引力理論是一種解釋范圍更廣泛的背景獨(dú)立理論，可以拿來(lái)解釋物質(zhì)的量子特點(diǎn)和普朗克尺度（最小的空間單元為10^-33cm，最小的時(shí)間單元是10^-43s，該尺度內(nèi)量子效應(yīng)明顯）下時(shí)空的量子特點(diǎn)。
我們須要引入量子引力理論由于在量子熱學(xué)的估算中會(huì)遭到“無(wú)限”的困惑，量子熱學(xué)中假定時(shí)空可以被無(wú)限分割為更小的單元，按照假定量子物理概念，化學(xué)過(guò)程和場(chǎng)硬度是越來(lái)越小的規(guī)格的加和，除非使用“重整化”的物理手段，否則這種無(wú)限小單元的無(wú)限加和都會(huì)造成估算的“爆炸”。并且在廣義相對(duì)論下的引力場(chǎng)不能應(yīng)用重整化去除“無(wú)限”的影響，只能通過(guò)引入量子引力理論使重力場(chǎng)量子化，才才能解決這個(gè)問(wèn)題促使估算有限可行。
我們須要量子引力理論由于黑洞的熵并非無(wú)限大。黑洞的表面區(qū)域被稱為風(fēng)波視界，它與黑洞的熵有關(guān)，可以拿來(lái)評(píng)判視界內(nèi)部包含的信息量，單位信息承載須要的視界面積為2平方普朗克。按照全息原理，黑洞表面是二維的，要在這個(gè)表面編碼三維容積內(nèi)的全部信息就意味著黑洞的內(nèi)部時(shí)空應(yīng)該量子化的，且不能被無(wú)限分割，否則將造成全息原理的無(wú)效化，并且將造成黑洞的視界須要承載無(wú)限的信息、需要無(wú)限大的熵。
我們須要引入量子引力理論由于所有有關(guān)化學(xué)世界的基礎(chǔ)理論都應(yīng)該是背景獨(dú)立的，如同在廣義相對(duì)論下的時(shí)空表現(xiàn)的那樣，這就意味著現(xiàn)階段的量子熱學(xué)理論是不完整的，由于它仍然須要預(yù)設(shè)時(shí)空的假設(shè)，而不是像廣義相對(duì)論那樣從自身推導(dǎo)入時(shí)空的存在。
重點(diǎn)在哪？
歷史上牛頓覺(jué)得時(shí)間和空間是永恒絕對(duì)的，甚至在開(kāi)始描述力和運(yùn)動(dòng)之前就被徹底定義為我們存在世界的先決條件。而在當(dāng)時(shí)，戈特夫里德·萊布尼茲發(fā)展的另一個(gè)學(xué)派則覺(jué)得時(shí)間和空間本身沒(méi)有任何意義，只是通過(guò)物體間互相關(guān)系定義的概念。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論和相關(guān)論證實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了牛頓提出的絕對(duì)時(shí)空是完全錯(cuò)誤的并將時(shí)空的概念替換為萊布尼茲的相對(duì)論理論。愛(ài)因斯坦甚至在許多場(chǎng)合中談到空間是我們以一種近乎神話的形式提出的想像的概念。拋除物體間的互相關(guān)聯(lián)，空間不能獨(dú)立存在。它們間的關(guān)系這么緊密以至于在廣義相對(duì)論下，物體將時(shí)空幾何本身定義為引力的相對(duì)論等式的一種動(dòng)態(tài)解。
怎樣形成對(duì)于空間的體驗(yàn)？
在廣義相對(duì)論中，只關(guān)心一件事就是物體世界線上發(fā)生的風(fēng)波，或則說(shuō)它的歷史。風(fēng)波因?yàn)橥渌矬w的世界線形成交叉點(diǎn)而形成，并編碼了物體間的互相關(guān)系。這種基礎(chǔ)世界線的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)包含了描述全部風(fēng)波和世界線的信息，這種世界線的幾何結(jié)構(gòu)決定了宇宙中的化學(xué)現(xiàn)象。
圖解：插圖的腹部線框圖模擬了互相聯(lián)接的世界線構(gòu)造的幾何結(jié)構(gòu)。紅色的空間不含任何幾何上或空間上的信息，其間的任意點(diǎn)也不會(huì)同任何組成網(wǎng)路的世界線形成互相作用。這也解釋了為何空間是虛構(gòu)的，惟一才能定義我們的四維時(shí)空的東西只有世界線。
廣義相對(duì)論描述了這種世界線的幾何結(jié)構(gòu)怎樣構(gòu)造四維時(shí)空：這種世界線表示物體，廣義相對(duì)論描述了這種物體是怎樣使世界線形成彎曲因而創(chuàng)造出時(shí)間和空間。世界線間空白區(qū)域的點(diǎn)沒(méi)有數(shù)學(xué)意義，由于它們不能任何化學(xué)世界線的風(fēng)波相關(guān)，這也是為何愛(ài)因斯坦說(shuō)世界線存在的背景空間實(shí)際上并不存在！當(dāng)我們看向空間時(shí)我們實(shí)際上看見(jiàn)的是光幅射的世界線，我們并不是在看過(guò)一個(gè)預(yù)存的空間，這意味著我們沒(méi)有見(jiàn)到空間這些物體，我們看見(jiàn)的是一個(gè)物體在時(shí)間過(guò)程中的歷史！
現(xiàn)在研究主要旨在于兩種量子引力理論
弦理論覺(jué)得物質(zhì)由一維的環(huán)組成，這些環(huán)在十維時(shí)空中定義，其中有四維是我們看見(jiàn)的四維時(shí)空，剩余的維度被壓縮，通過(guò)它們的幾何對(duì)稱定義了物體本身的性質(zhì)。這些量子引力理論仍存在一些問(wèn)題。
圖解：圖例是想像中弦的透視圖
首先它預(yù)設(shè)了弦運(yùn)動(dòng)所在的時(shí)空的存在，因而，同牛頓的絕對(duì)時(shí)空理論相同，弦理論是一種背景依賴?yán)碚摗５诙依碚撝皇怯嘘P(guān)物體和物體在普朗克規(guī)格下的量子性質(zhì)，但事實(shí)上弦的規(guī)格依賴于弦張力的大小，假如弦張力很小，這么弦將上千倍的超出普朗克規(guī)格，但是對(duì)于弦張力的實(shí)際大小不存在任何限制條件，它是一個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)。
圖解：圖例是想像中環(huán)的透視圖
環(huán)圈量子引力理論只涉及到時(shí)空的理論，不討論量子熱學(xué)研究的物體范疇，它是一種背景獨(dú)立的理論，可以確切估算許多引力理論的問(wèn)題，不像弦理論只能間接通過(guò)加和無(wú)限個(gè)可能的結(jié)果得出推論。舉例來(lái)說(shuō)，環(huán)圈量子引力理論可以一步直接得到確切答案“2.0”，而弦理論只能通過(guò)加和序列1+1/2+1/4+1/8+1/16+…得到2.000。
環(huán)圈量子引力理論通過(guò)被稱為節(jié)點(diǎn)和邊的基礎(chǔ)空間元素來(lái)建立載流子網(wǎng)路和載流子泡沫。如同磁場(chǎng)線代表鐵損量，這種邊猶如相當(dāng)于空間的場(chǎng)線并代表量子化（1普朗克平方面積）的空間，通過(guò)加和一個(gè)載流子網(wǎng)路區(qū)域的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)量子單元的空間容積，這種節(jié)點(diǎn)通過(guò)被稱為載流子網(wǎng)路的互相交叉的線而互相關(guān)聯(lián)，巨大的載流子網(wǎng)路看上去好似是空間在某一特定時(shí)間的快照。某一載流子網(wǎng)路變?yōu)榱硪痪W(wǎng)路被稱為載流子泡沫，也是四維空間的前身。節(jié)點(diǎn)和邊音階理論中組成弦的一維圈環(huán)一樣，本身并沒(méi)有數(shù)學(xué)意義，它們都是純粹的物理概念。
至今為止最妙的一點(diǎn)是環(huán)圈量子引力理論導(dǎo)入了弦理論的基本原理。弦理論在遠(yuǎn)小于普朗克尺度的范圍內(nèi)討論時(shí)空和物質(zhì)，這也促使物體的性質(zhì)得以彰顯。環(huán)圈量子引力理論建立了可以供弦運(yùn)動(dòng)的時(shí)空背景。但它還存在一個(gè)巨大的問(wèn)題。環(huán)圈量子引力理論假定宇宙常數(shù)必須是很小的且為負(fù)，這也與天文觀測(cè)得到的結(jié)果相同，并且依照弦理論，宇宙常數(shù)應(yīng)當(dāng)是很大的正值。并且，盡管環(huán)圈量子引力理論可以重建我們存在的巨大四維空間，它不能建立弦理論中解釋我們觀測(cè)到物體性質(zhì)的剩余六維空間。一個(gè)可能的解釋是這種多余的維度并不是真正的空間，而只是化學(xué)學(xué)家進(jìn)行估算的工具，最終將被完整的四維弦理論代替。
另一個(gè)剛才起步的理論叫因果集合理論。同環(huán)圈量子引力理論一樣，因果集合理論是一種有關(guān)時(shí)空的背景獨(dú)立理論。它起始于一群僅通過(guò)一種指導(dǎo)原理相連的點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)通過(guò)因果關(guān)系相連。這些因果關(guān)系定義了這種點(diǎn)怎么依序相連，但也是集合中點(diǎn)遵守的惟一原理。觀測(cè)者發(fā)覺(jué)點(diǎn)產(chǎn)生的集合中可以形成時(shí)間和距離的數(shù)學(xué)概念并形成相對(duì)論的時(shí)空。因果集合顯然同環(huán)圈量子引力理論中載流子網(wǎng)路的節(jié)點(diǎn)相關(guān)。
另一個(gè)有關(guān)量午時(shí)空的元素怎樣創(chuàng)造時(shí)空的興奮人心的發(fā)覺(jué)涉及到全息原理和量子糾纏。
按照全息原理，任何在三維空間內(nèi)的信息和互相關(guān)系都被編碼在包圍空間的二維表面，這就意味著表面元素間的互相關(guān)系反映了物體內(nèi)部的行為。近日的研究發(fā)覺(jué)，假如使用量子糾纏來(lái)聯(lián)接表面的兩點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部的點(diǎn)將互相聯(lián)接為一個(gè)數(shù)學(xué)單元。假如關(guān)掉表面的量子糾纏，內(nèi)部點(diǎn)的關(guān)聯(lián)消失，內(nèi)部空間變?yōu)椴幌嚓P(guān)的點(diǎn)。糾纏的量可以直接同點(diǎn)間化學(xué)接近的程度相關(guān)，這就是怎樣通過(guò)量子糾纏使三維物體內(nèi)部不相關(guān)的點(diǎn)相連產(chǎn)生統(tǒng)一的幾何結(jié)構(gòu)。
參考資料
1.WJ百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3.--南北角