摘要：芬兰阿尔托大学的研究团队近日在《物理学进展报告》发表论文，提出了一种基于规范对称性的量子引力理论，为统一引力与其他基本力迈出关键一步。这项研究首次将引力纳入与电磁力、强弱核力相同的规范场论框架，并尝试通过数学重整化消除理论中的无限发散——这一难题曾困扰物理学家

芬兰阿尔托大学的研究团队近日在《物理学进展报告》发表论文，提出了一种基于规范对称性的量子引力理论，为统一引力与其他基本力迈出关键一步。这项研究首次将引力纳入与电磁力、强弱核力相同的规范场论框架，并尝试通过数学重整化消除理论中的无限发散——这一难题曾困扰物理学家近百年。

图释：引力量子场以平坦时空计算。弯曲的经典度量是使用引力量子场的期望值计算的。学分：阿尔托大学

​论文核心在于发现四维一维规范对称性可生成引力场。与爱因斯坦将引力视为时空弯曲不同，新理论把引力看作标准模型中缺失的第四个规范场。就像光子传递电磁力，引力子（理论预言的传递引力的粒子）通过规范场与物质作用。这种设定使得引力能与标准模型的SU(3)×SU(2)×U(1)对称性自然融合，为构建统一理论奠定基础。

研究团队采用独特技术路线：先用规范场论框架计算平坦时空的量子引力场，再通过量子场期望值导出弯曲时空的经典度规。这相当于在微观量子层面和宏观相对论层面架起桥梁。当计算到一阶近似时，理论结果与广义相对论完全吻合，且无需引入额外维度或超对称性——这两个假设正是弦理论等主流方案备受争议的软肋。

更值得关注的是重整化可行性。传统量子引力理论在计算高阶项时会出现无穷大量，就像试图用计算器算1除以0。团队证明在一阶项计算中，通过数学技巧可消除这些无限值。虽然二阶及以上计算尚未完成，但论文第一作者帕塔宁认为成功概率很高。若最终验证可行，这将成为首个完全自洽的量子引力理论。

该理论对宇宙终极问题的解释潜力巨大。按照设想，早期宇宙的高能状态会引发规范对称性自发破缺，导致四种基本力逐渐分化。这或许能解释物质-反物质不对称之谜——现有理论认为两者应等量产生，但现实宇宙几乎全由物质构成。研究还暗示黑洞奇点可能只是理论计算产物，真实物理过程中量子效应会阻止密度无限大的状态形成。

实验验证仍是最大挑战。虽然近期实验成功测量了0.43毫克微粒的引力（约30阿牛顿），但要观测量子引力效应，需将测量精度再提高万亿倍58。不过理论本身已展现出应用价值：就像广义相对论修正了GPS系统的时间计算，新框架可能催生更精确的引力波探测技术。

这项突破让物理学界既兴奋又审慎。圈量子引力创始人之一罗韦利评价：'将引力纳入规范场论是极具创见的思路，但需要警惕历史上的教训——许多优美理论最终被证明与自然规律无关。'目前已有团队已着手重复计算，验证理论的高阶项是否自洽。

参考文献：

Mikko Partanen et al, Gravity generated by four one-dimensional unitary gauge symmetries and the Standard Model, Reports on Progress in Physics (2025). DOI: 10.1088/1361-6633/adc82e

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来源：科学剃刀