量子引力理论

什么是量子引力理论？

量子力学和广义相对论是物理学中两个伟大的理论，但一个基本的概念是：这两个理论之间是不兼容的，事实上它们分别针对于世界上两种不同的成分：时空和物质。量子引力理论是一种结合了量子力学和广义相对论的假想理论，它可以解答一些我们关于物理世界的深刻提问，称它为物理界的圣杯实至名归。

为什么我们需要量子引力理论？

量子力学中物质和场处于一个预设的时空，在这个时空里，时空本身对场不产生物理作用，只用来描述它们在时间空间中所处的坐标，这是一种背景依赖理论。广义相对论是只关乎时空的理论，并不涉及到对物质本身的讨论，它描述了物质如何影响时空的几何，时空如何影响物质的运动，但这些讨论都在纯粹的经典理论模型下。最重要的是，广义相对论不需要预设时空的存在，因而是一种背景独立理论。量子引力理论是一种解释范围更广泛的背景独立理论，可以用来解释物质的量子特性和普朗克尺度（最小的空间单元为10^-33cm，最小的时间单元是10^-43s，该尺度内量子效应显著）下时空的量子特性。

我们需要引入量子引力理论因为在量子力学的计算中会受到“无限”的困扰，量子力学中假设时空可以被无限分割为更小的单元，根据假设，物理过程和场强度是越来越小的尺寸的加和，除非使用“重整化”的数学手段，否则这些无限小单元的无限加和就会导致计算的“爆炸”。但是在广义相对论下的引力场不能应用重整化消除“无限”的影响，只能通过引入量子引力理论使重力场量子化，才能够解决这个问题使得计算有限可行。