量子時空

【解釋】量子時空的建立有著微觀領域廣泛實驗的基礎，即粒子的運動速度比巨觀世界物體的運動速度大得多。但人們發現，對粒子的運動狀況進行描述卻比預想的要困難，我們不可能同時確定粒子的位置和動量，而且能量分布也不是連續的。

基本介紹

• 中文名：量子時空
• 讀音：liàng zǐ shí kōng
• 釋義：對粒子的運動狀況進行描述
• 基礎：微觀領域廣泛實驗的基礎

量子力學

在20世紀前25年，量子力學的理論已經用公式闡明，這是與證實物質由原子組成緊密相關的發展。量子力學的方程要求某些量，比如原子的能量，只能以特定、離散的單元存在。量子力學成功預測了原子、基本粒子以及組成它們的力的屬性和行為。科學史上從未有理論比量子力學更成功。它奠定了我們了解化學、原子和亞原子物理學、電子學甚至生物學的基礎。

引力理論

在量子力學公式化的幾十年里，阿爾伯特·愛因斯坦構建了他的引力理論——廣義相對論。在他的理論中，引力的產生是空間和時間（統稱時空）被存在的物質扭曲的結果。打個不準確的比方是將一個保齡球放橡膠膜上，同時有一個彈球在旁邊滾來滾去。保齡球代表太陽和月亮，膜代表空間。保齡球在橡膠膜上造成一個深深的凹陷，凹陷形成的斜坡使彈球向較大的保齡球偏斜，就好像某個力（引力）向那個方向拉它。類似地，任何物質或能量聚集都會扭曲時空的幾何構型，使其他粒子和光線向它偏轉，這種現象我們稱為引力。

量子引力

量子理論和愛因斯坦的廣義相對論已經分別被實驗奇蹟般地充分證實了。但還沒有實驗探索到兩種理論都預測有明顯效應的領域。問題在於量子效應在小尺度範圍最為顯著，而廣義相對論效應需要大的質量，因而需要極其特殊的環境才能將二者結合在一起。

伴隨這個實驗數據空白的是一個很大的概念性問題：愛因斯坦的廣義相對論是完全經典的，亦即非量子化的。物理作為整體邏輯上應該是一致的，必須有一個理論在某種程度上將量子力學和廣義相對論結合起來。這個長久尋找的理論叫做量子引力論。因為廣義相對論處理的是時空的幾何構型，量子引力理論另外也是時空的量子理論。

其它理論

物理學家已經提出了相當多的數學方法將經典理論轉換成量子理論。許多理論物理學家和數學家已經著手將這種標準方法套用在廣義相對論上。早期的結果令人灰心。二十世紀六七十年代進行的計算似乎表明量子理論和廣義相對論不能成功地結合在一起。因此，看來需要一些新的基礎性東西，比如沒有包含在量子理論和廣義相對論中的附加假設和原理，新粒子和場，或者新的統一性。也許通過適當的附加或者利用新的數學公式，可以發展出一個類量子理論，在非量子範圍內成功近似出廣義相對論。為了避免破壞量子理論和廣義相對論的成功預言，除了量子理論和廣義相對論都預期起明顯作用的極端條件下，完整理論中的新事物不應該在實驗中看到。沿著這個思路，試過很多不同的方法，比如扭子理論，非對易幾何，超引力等的理論。

物理學家比較熟悉的一個方法是弦論，它假設空間除了我們熟悉的三個維度外還有六或七個維度，這些迄今都還完全觀測不到。弦論也預言存在大量新的基本粒子和力，但迄今還沒有可觀測的證據。一些研究者認為弦論包含在稱為M膜理論中。不幸的是，一直沒有給出這個推測得出理論的準確定義。因此，很多物理學家和數學家認為必須研究其他替代理論。我們的圈量子引力理論就是發展最完善的替代理論。