量子时空的惊人世界：arctime 如何将量子力学与引力融合 (量子时空观)

在物理学史上，将量子力学与引力融合一直是一个难以逾越的难题。近年来，一种名为 Arctime 的新理论为解决这一难题提供了一线希望。

Arctime 理论

Arctime 理论是由物理学家安德烈·里亚白奇科夫 (Andrey Liahovitchki) 提出的，它基于一个基本假设：量子力和引力并不是相互排斥的，而是存在一种更深层次的联系。

Arctime 理论提出，时空本身是由量子比特组成的离散结构。这些量子比特不仅包含物质和能量的信息，还包含引力信息。通过将时空视为量子比特，Arctime 理论能够同时描述量子和引力效应。

Arctime 的重要性

Arctime 理论的重要性体现在以下几个方面：

• 它提供了一个统一的框架来描述量子和引力效应。Arctime 理论消除了量子力学和引力理论之间的鸿沟，为物理学提供了一个统一的框架。
• 它预测了新的物理现象。Arctime 理论预测了新的物理现象，例如量子重力效应和暗能量的存在。这些现象可以通过实验验证，从而为该理论提供支持。
• 它可以解决一些未解之谜。Arctime 理论可以解决一些物理学中尚未解决的谜团，例如黑洞奇点问题和宇宙加速膨胀问题。

Arctime 的实验验证

目前，正在进行一系列实验来验证 Arctime 理论的预测。这些实验包括：

• 测量微观黑洞的量子效应。微观黑洞是极小的黑洞，其大小与原子相当。Arctime 理论预测，这些黑洞将表现出量子效应，例如黑洞辐射。
• 寻找暗能量的迹象。Arctime 理论预测了暗能量的存在，暗能量是一种斥力能量，被认为是宇宙加速膨胀的原因。可以通过测量宇宙大尺度结构来寻找暗能量的迹象。

结论

Arctime 理论是一个革命性的新理论，它有可能将量子力学和引力统一起来。虽然该理论尚未被完全验证，但它已经引起了物理学界的广泛关注。如果 Arctime 理论最终被证明是正确的，它将对我们的宇宙观产生深远的影响，并开创物理学的新时代。

进一步阅读

• Arctime 理论的原始本文
• Quanta Magazine 上关于 Arctime 理论的文章

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量子力学为什么与相对论中的引力无法统一起来？

量子引力的困难，暗示了对通常物质场有效的量子化方案引力场已不再适用。 这就是为什么大统一理论不能纳入引力相互作用的原因，甚至于形式上的统一也办不到。 场相互作用理论认为强相互作用是传递胶子实现的；弱相互作用是通过传递中间玻色子实现 的；电磁相互作用是传递虚光子实现的；引力相互作用是传递引力子实现的。 广义相对论和量子力学彼此不直接矛盾，但是它们看起来不可能融于一个统一理论，根本原因在于广义相对论是研究引力场，量子力学研究electric field。 虽然Einstein的狭义相对论开始写作《论运动物体的电动力学》，但是它只考虑到电磁质量与引力质量的等价性，没有研究其区别，与研究引力场没有区别。 狭义相对论与量子力学的结合则十分自然地产生了相对论量子力学和相对论量子场论，在这基础上又发展出粒子物理学，经受了无数实验的检验。 由经典力学和量子力学可知，物理系统其全部性质由其拉氏量ψ完全决定。 拉氏量是由物理系统的动力学变量及其一阶时、空微商所构成。 拉氏量中动力学变量的对称性，即在某类连续群变换下的不变性，反映了该系统存在的守恒量及相应的守恒流。 连续群所表征的变换称为规范变换，其变换群参数是独立于背景space-time的常数。 如将其参数改成依赖背景space-time位置的任意函数，其变换称为局域性变换，前者称为整体变换。 由于局域性变换是space-time流形坐标的函数，因而它不能与space-time坐标微商交换。 拉氏量对局域性变换不再具有原有的对称性，为了维持其对称，需将拉氏量中的普通微商改成协变微商，即在微商中引入补偿场，其场称为规范场。 物质之间的相互作用是通过规范场在中间传递来实现。 【1】因此物质之间的相互作用力是规范力，规范场也是研究电磁质量和引力质量的等价性的。 下面的分析来自于网络，说明对于电磁质量不能只考虑其对称性，还应当考虑考察它们的非对称性： 1． 关于电磁场的算子理论. 经典场论中并矢格林函数的形式为: (1) 但是可以证明由于奇异项的存在,格林函数不再具有几何对称性,即对于一个矩形腔,取不同的领示矢量就会得到不同的结果.用算子理论可以得到没有奇异项的并矢格林函数,十多年后国外也出现了电磁场算子理论的著作,也不再出现并矢格林函数中奇异项. 2.关于矢量偏微分算子理论. 麦克斯韦方程组是经典数学所不可能精确求解的.其原因在于经典数学无法严格的处理矢量偏微分运算符,因而研究并建立了矢量偏微分算子理论.它是以拉普拉斯算子的波函数空间和广义函数理论为基础,把那些原来只对于标量函数的数学理论扩展到三维矢量函数.一个三维矢量函数的几何空间,可以从欧氏空间的尺度对矢量函数进行射影,也可以在矢量偏微分算子的矢量波函数空间的子空间上进行射影.由于欧氏空间内的射影与麦克斯韦方程组本身的数学形式不符,因而只能是近似的,而不可能精确的求解麦克斯韦方程组. 3.关于电磁波基本方程组. 在矢量偏微分算子理论下,电磁场被分成了两个子空间:旋量场子空间和无旋场子空间.而电磁波属于旋量场子空间.通过子空间的射影可以把无旋场分离出去,建立纯旋量场空间内的电磁波方程组枣电磁波基本方程组.所以它实际上就是麦克斯韦方程组在旋量场空间尺度下的新形式.它是一个以两个标量波函数和两个标量拉普拉斯运算符,在一个联立的齐次边界条件组成的方程组.这一方程组具有数学逻辑的自洽性. 4.齐次边界和辐射边界条件下电磁波基本方程组的本征问题和格林函数问题. 由电磁波基本方程组的数学自洽性,从理论上可以解决理想边界和辐射边界条件下的本征问题和格林函数问题.也就是说现在我们对宏观的电磁场问题的认识,已经不再是Einstein时代的那种抽象的概念性的认识,不再只是一维平面波的认识,而是有了精确解决电磁波的各种传播特性的条件. 5.关于现代场论与经典场论. 它并没有改变麦克斯韦电磁场理论的基本内容,麦克斯韦方程组并没有任何改变.所改变的主要只是求解麦克斯韦方程组的数学方法.麦克斯韦方程组本来就是不能直接求解的,只有通过一定的变换才能得到可以解析或计算的形式.这种变换依赖的是一种“尺度”,不同的尺度对变换的等价性有不同的定义.经典理论用的是欧氏空间的尺度,现代场论用的是矢量偏微分算子空间的尺度,特别是它的旋量场子空间的尺度.这与其说是一种改变,不如说是把原来没有找到的合适的尺度找出来了.这一旋量场空间上的尺度的发现,在物理上搞清楚了两件事:一是原来电磁波与电磁场不是一回事,电磁波是电磁场中的一个子空间,它不是欧氏空间中的任意的矢量函数,它能够用两个独立的标量函数而不是欧氏空间中的三个射影来精确的表示.二是根据矢量函数的广义函数理论,麦克斯韦方程中的电流J也不再是经典函数形式的电流,其本身就成了电流与电磁波相互作用所产生的激励电磁波. 下面是中国科学院电子学研究所的宋文淼的分析： 现代电磁场理论使电磁波与光量子之间的差别大大缩小了:都是有两个独立的标量波函数组成的,对于光量子一般只考虑自由空间,两个函数就退化为一个;标量波函数都需要“旋”一下才能表达出它们更丰富的空间形态;只有在特殊的环境下,才能够以单一模式存在,一般情况下都以孪生模的形式存在. 所不同的只是:1.在微波状态下,不讨论粒子性问题,而对光量子要考虑粒子性,2.在量子光学中,自旋算符只是一种符号,而微波状态下,两类旋度算符与经典数学的运算方法最后是相通的.寻找这两者的更多的共同点,建立一个既有宏观机制又有粒子性电磁场理论,已经成了应该着手解决的努力方向. (2)波函数尺度下的数理逻辑的因果律. 关于波函数的物理解释一直是物理学界争论不休的问题.现代电磁场理论解决了波函数空间尺度下的因果律问题.不同的数学范畴下,有它自己的运算规则和尺度.波函数空间下的尺度与欧氏空间下的尺度是不同的.在同一数学范畴下,各个量之间的等价性是可以通过严格的数学运算来表示的;而不同空间尺度下的物理量之间的等价性是不能直接用数学运算来表示的.这里需要的是建立一种为大量实验所认可的数理逻辑关系.这种逻辑关系不可能对于两种不同的数学范畴的运算规则和尺度,都保持严格的数学形式上的相等.

把引力融合到量子力学中，这就是大一统理论，但必须先找到引力子

量子力学和广义相对论，是现代物理学的两大支柱，共同撑起了物理学的一片天，只可惜二者格格不入。

物理学中共有四大基本力，引力、电磁力、强核力和弱核力，其中引力归广义相对论管，而其它的三个基本力皆由量子力学负责，看似互不干扰，一片祥和。然而物理学家们从不满足于这种现状，从爱因斯坦的时代开始，科学家们就试图将几种基本力融合统一，创造出大一统理论。

在一开始，大一统理论的实现似乎并没有现在这样复杂，因为开始的时候人们并没有发现强核力和弱核力，大家想的只是要把引力和电磁力相统一。而在引力和电磁力之中，最早被人类所发现的就是引力，而发现引力的人就是牛顿，而牛顿之所以能够发现引力与科学家们力争要发现大一统理论还存在着一定的关系。

关于牛顿发现引力这件事，最耳熟能详的就是牛顿与苹果的故事了，而这个故事的真与假其实并不重要，重要的是牛顿把苹果落地和宇宙天体的运行统一起来看待，于是才能够发现万有引力。

如果不是这样，牛顿把苹果落地和天体运行看成两个毫不相关的独立事件，那么那个苹果肯定就白砸了。这个故事告诉我们，统一是物理学探秘的宝器，如果我们把所有事物都看成独立事件，那么一些规律都不会被发现，反之，当人类尝试将越来越多的东西统一到一起的时候，宇宙的规律就会逐渐清晰，宇宙的奥秘就会逐渐显现，所以如果人类能够将四种基本力统一在一起，发现宇宙的大一统理论，那么也许就能够看清宇宙的真实样貌了。这就是不能任由引力与其它三种基本力分而治之的原因所在。

牛顿虽然发现了万有引力，但却没有发现引力传播的介质，没有人愿意相信物质之间能够在没有任何介质的情况下隔空作用，于是在没有找到传播介质的情况下，一个虚拟的概念被引入了，那就是以太，以太被描述为一种静止且均匀分布在宇宙中的介质，而引力通过以太发挥作用。

在引力之后，电磁力被发现了，和引力的发现过程一样，电磁力的发现也伴随着统一，当人们把电与磁统一起来看待的时候，就有了电磁力，此后通过观察磁铁周围磁屑的分布形式，人们认识到了“场”的存在。而场的存在又会激发出传播子，而传播子就是力的传播介质。以电磁力为例，它的场就是电磁场，而它的传播子就是光子，而光子是在电磁场中被激发出来的。

场论后来几经周折又发展成为量子场论，量子场论很好的解释了力、场、传播子之间的关系。

还是以电磁力为例，电子的运动造就了电磁场的存在，而电子辐射出的能量通过智能方程转化为光子，于是电磁力、电磁场以及光子就完美地统一了。随着强核力与弱核力的发现，为了让量子场论自洽，规范场论被建立了，根据规范场论，电磁力的传播介质是光子，强核力的传播介质是胶子，弱核力的传播介质是W和Z玻色子。

而光子、胶子以及W和Z玻色子都属于玻色子，在这样的背景之下，虽然人类仍然没有发现引力的传播介质，但大胆对引力的传播介质进行了预言，人们认为有一种“引力子”存在，它就是引力的传播介质，而且它也应该是一种玻色子。

提到预言中的引力子，就不得不说一说传说中的上帝粒子。

上帝粒子也就是希格斯玻色子，它诞生于希格斯场的振动之中。由于希格斯场是一种能量场，它能够让一些本身不具有质量的粒子获得能量，而能量又进一步转化为质量，于是本不具有质量的粒子就从希格斯场中获得了质量，弱核力的传播介质W和Z玻色子就在此列。

所以如果引力子存在，那么它很有可能也会从希格斯场中获取能量，对于希格斯场与希格斯玻色子的研究也许会带我们走近引力的本质。有朝一日，如果引力不再独立于三大基本力之外，四种基本力能够实现完美融合，那么无数科学家关于大一统理论的梦想也就实现了，人类的科学水平以及对宇宙的认知也将会迈向一个新的层次。

量子纠缠能解释时空、以及它与量子引力的关系吗？

我认为，宇宙中最本质的东西其实就是量子纠缠，时空和引力效应，这实际上是量子纠缠的体现。因此，产生了这样一个悖论，这使得这个悖论无法在短时间内解决，其实量子纠缠也非常有可能是宇宙中最基本的状态，显然，更多的理论物理学家认为它不仅是重力，而且物理学中最基本的时间概念，他实际上是由量子纠缠衍生而来的。

一、宇宙的时空可能在停滞中

在目前的宇宙中，正是时钟和宇宙其他部分之间的量子纠缠使宇宙中的观察者产生了时间在流逝的错觉，然而，对于宇宙之外的超级观察者来说，整个宇宙的状态实际上应该是停滞的，而且没有时间的概念，为了解释这一点，作者创造了一个仅由两个光子组成的宇宙，处于纠缠状态的两个光子之一是时钟，对于另一个光子来说，时间可能在流逝。

二、量子纠缠现象的出现

物理学大辩论与物理学史上的其他辩论最大的区别在于，这是一个完全基于理论的悖论，不存在，也不可能存在任何支持其中任何一个的实验证据在人类科学的发展史上都是前所未有的，这也表明人类对自然规律的理解达到了一定的高度，而且不可忽视的是，这一悖论的根源，在于爱因斯坦一直深信不疑的量子纠缠现象，因为辩论的战场是爱因斯坦从未相信的黑洞。

三、原理始终是一个未解之谜

量子纠缠原理是一个未解之谜，甚至没有人能说出万有引力原理，正确解释量子纠缠的概念是很好的，量子纠缠的原理是两个粒子被看不见的线，相干是一个轨道结合在一起，使它们同步关联。

关于量子纠缠能解释时空以及它与量子引力的关系吗的问题，今天就解释到这里。

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