正则量子化:量子引力的解决方案?

广义相对论和量子力学是现代物理学中最重要的成果之一。这两种理论似乎都能天衣无缝地相互作用，并经受住了数十年的审视，但它们似乎也完全不相容。到目前为止，还没有人能提出一种理论把它们结合在一起。现在，博茨瓦纳国际科技大学的Stuart Marongwe博士认为他可能找到了一个解决方案。如果他的理论是正确的，那么他的理论将使我们更接近长期追求的量子引力统一理论。

当爱因斯坦在1915年首次提出他著名的广义相对论时，他提供了引力作为一种时间和空间的属性的统一描述，物理学的世界被颠覆了。然而与此同时，令人震惊的新理论描述了物理学是如何在更小的尺度上发生转变的，这导致了量子力学领域的出现。自从这两种强大的理论出现以来，它们看起来就完全不一致，到目前为止，还没有人设法将它们合并成一个统一的“量子引力”理论。

在他的研究中，博茨瓦纳国际科技大学的Stuart Marongwe博士提出了一种解决这个谜题的新方法。他声称:“我的目标是将广义相对论的几何语言转化为量子力学的波动函数语言，从而得出一个自洽的量子引力理论。”为了做到这一点，Marongwe博士提出了一种看待“闵可夫斯基空间”的新方法——一种对传统三维空间与单向时间流动相结合的数学描述，从而产生了一种被称为“时空”的特性。

对四维空间的新认识
传统上，Minkowski空间由其每个维度的四个单独的数学描述 - 三个空间中的三个单独的数学描述组成，一个分时的'线元素'。在他的工作中，莫荣威博士旨在将这种相对论的语言翻译成量子力学的语言。为此，他将Minkowski线元素与四维空间和动量的量子表达联系起来;根据量子力学的“不确定原理”，两种数量在不确定因素之间具有明显的关系。
他解释说:“通过不确定性原理，我们可以将闵可夫斯基空间的线元视为带有共轭四动量的四空间脉冲。”“因此，线元素越长，其四动量越低。”根据这个逻辑，所有的距离，包括闵可夫斯基线元素，都必须是“普朗克长度”的倍数——“普朗克长度”是量子力学允许的最小距离。

这样的描述将需要一个调节引力的粒子，命名为“引力子”;与光子相比，光子调节电磁力，胶子调节强核力，W和Z玻色子调节弱力。引力子在理论上已经被预测了一段时间，但也被认为难以探测到。

到目前为止，还没有直接观测到引力子，但这并不妨碍像Marongwe博士这样的理论家对引力子在宇宙中的作用进行预测。“闵可夫斯基线元素可以假设长度是普朗克长度的倍数，”他总结道。“每个线元素通过发射一种叫做基态引力子的低能量脉冲来扩展。”

一种类似热的时空流动
当爱因斯坦提出他著名的理论时，他最终得出了一套“场方程”——描述由于质量和能量“弯曲”时空而导致的万有引力基本相互作用的数学规则。在这些方程的基础上，Marongwe博士用他的数学描述了时空曲率如何与热力学系统中的热流相比较;他称这种行为为“典型量子化”。

“爱因斯坦的野外方程被解释为描述平板上的曲线，”他解释道。“这些线条在存在物质的存在下弯曲，因为时空像热量一样像热量一样流动;质量作为散热器的地方。因此，当它们接近巨大对象时，线元件变长并弯曲。“

当然，这种质量交换不会直接与热力学系统中单个颗粒的能量交换相当。相反，莫荣威博士建议表观流动与不确定性原则有关;由于墓碑依次越来越大，因此其位置的不确定性增加。“描述热流的更好方法是信息通量，”他继续。

“远离巨大的物体，信息高度本地化在平坦的时期，随着一个接近巨大的物体而变得模糊或展开。”如果正确，这描述非常重要。实际上，莫荣威博士认为它将允许对现代物理学中许多最紧迫问题的新解释。

黑洞的新兴解释
Marongwe博士的正则量子化得到的一个非常重要的结果是对史瓦西半径的一个新的计算，史瓦西半径是光无法从黑洞逃逸的点。Marongwe博士认为，他的理论可以解释为什么黑洞似乎被弥漫的热发光物质环包围——这在广义相对论中还不清楚。根据他的理论，黑洞的“阴影”(由被黑洞吸收的光路径产生的区域)应该是广义相对论预测的一半大小。在它们周围，发光环的峰值应该是史瓦西半径，而黑洞的基本直径将是阴影的四倍。

Marongwe博士认为，最近对两个不同黑洞的观察证实了这一结果。“最近的M87*黑洞照片显示，阴影大小为20微弧秒，环直径为40微弧秒，基底直径为80微弧秒。此外，人马座A* 2013年观测的数据显示，阴影大小为26微弧秒，环直径为52微弧秒，基底直径为104微弧秒。”

反过来，这一想法也可以解决信息落入黑洞后究竟发生了什么这个谜题。正如Marongwe博士解释的那样，信息实际上并没有丢失，这似乎违反了几个基本定律:“黑洞不会湮灭信息;他们传播它，”他说。这种扩散之所以发生，是因为测不准原理导致引力子在接近黑洞时变得更分散;将他们的信息分散到大范围。

弥合量子相对论的间隙
除了这个黑洞理论之外，莫荣威博士还认为他的理论允许量子力学数学之间的流体过渡 - 如被命名为薛定聪联系的法律所定义，以及爱因斯坦的一般相对论理论。“爱因斯坦在适当量化的时空中的场方程转化为Schrödinger方程”，“他解释道。

此外，银河和宇宙的演化方程是由第一原理推导出来的。时空的能态可以用时空晶格振动来描述;与低能量元素相比，高能时空元素的间隔更短。”

如果这种描述是正确的，其他几个谜题也将被解开，包括为什么引力比电磁力、强核力和弱核力要弱得多的问题。“引力是一种出现在低能级或时空量子振动的现象。引力的弱是由于宇宙常数的小值，”马朗韦博士描述道。

解释暗物质和暗能量
此外，这一结果可能会解开宇宙学中两个最大的谜团:暗物质和暗能量的真实性质。虽然对星系旋转等过程的观察表明，暗物质可能占宇宙质量的85%，但到目前为止，它完全没有被发现。此外，暗能量被认为是加速宇宙膨胀的原因，但它的真实性质一直困扰着物理学家。

Marongwe博士相信他的理论可以解释这些现象;有可能同时解开20多年的谜团。“暗物质是一个低能量水平的时空元素，而暗能量是一个更高能量的时空元素发射的一个基态时空元素的结果，”他继续说。“这个过程对时间进化至关重要——这是量子引力理论中时间问题的解决方案。”

量子引力的统一理论是物理学中研究最密集、争论最激烈的领域之一，但随着世界各地像Marongwe博士这样的研究人员的投入，这个问题的谜团正在迅速被解开。Marongwe博士相信，如果他的典型量子化方法是正确的，它可以为讨论增加新的维度;可能会让统一理论离现实更近一步。