重力的问题
这是爱因斯坦在100多年前就发现的问题。
这是一个我们可能即将解决的问题，也可能需要另一个世纪才能解决的问题。
而问题在于我们并不完全了解重力是如何运作的。
悉尼大学的天体物理学家杰拉特·刘易斯（Geraint Lewis）说: “很长时间以来，尽管人们一直在用大锤敲击这个科学问题。然而，它就是一直没有被攻克。”
我们知道引力的作用。它让我们站在地球上，它使地球绕着太阳转。
受益于爱因斯坦的引力理论，赐给我们如此多的知识与理论，可以绘制出行星绕行和星系碰撞的轨迹。
他的广义相对论自1915年发表以来一直无人超越。但在某些地方相对论会崩溃。
方程就不能给我们想要的答案了。
所以100多年来，物理学家一直在寻找一种新的理论来解释爱因斯坦所不能解释的东西。
这既是对基础物理学的严肃探索...也是对时空本质的不太严肃的赌注。
爱因斯坦的不完整引力理论
广义相对论告诉我们，引力是时空的曲率。
像太阳这样的大质量物体扭曲了周围的空间和时间。这使得像地球这样的物体在特定的轨道上运动。
这背离了艾萨克·牛顿的引力观，牛顿的引力观主导了物理学200年。
牛顿认为万有引力是一种独立于空间和时间的力，而爱因斯坦则认为万有引力是时空的产物。
澳大利亚莫纳什大学的数学家罗宾·阿里恩霍德（Robyn Arianrhod）称广义相对论是“人类头脑中最非凡的创造。
该理论的预言不断地成为现实——即使爱因斯坦自己也怀疑它们会成为现实。
从 1919 年第一次观测到太阳在日食期间弯曲的光线，到探测到时空结构中的微小波纹，即2015年发现引力波。
广义相对论以它的美丽和简洁而著称。但即使是爱因斯坦也知道他的理论不能解释一切。
这就是为什么他总是在寻找将所有事物融合在一起的根本原则，但是，尽管爱因斯坦试了很久，他还是找不到答案。
1938 年他在一封信中写道：
“我的大部分聪明孩子，在很小的时候，就已经在希望破灭的坟墓里走了。”
我们知道广义相对论是不完整的，有几个原因。
在黑洞的中心，当我们试图理解宇宙的起源时，数学就变得不可靠了。
它告诉我们的是，我们所知道的相对论在某一点上会崩溃。广义相对论也在非常小的尺度上分解。
这就是量子理论占据主导地位的地方——一套完全不同的规则，告诉我们亚原子粒子，例如光子和电子，其行为是如何的。
但这意味着我们有两套规则来解释宇宙，而这两套规则是根本不相容的。
量子难题
理解广义相对论和量子力学之间的鸿沟，最简单的方法就是比较这两种理论对世界的设想。
广义相对论认为时空是连续的，而量子理论认为宇宙是组成更大整体的离散部分。但这可能都不是真的。
重力会被征服吗？量子力学能够屈服吗？他们一定要在中间的某个地方碰撞吗？”
长期以来，人们一直认为引力是问题所在。
根据标准物理模型，有四种基本力，每种力由不同类型的粒子所承载。
对于电磁力来说是光子，对于强力来说是胶子。而玻色子则携带弱力。
物理学家每发现一个新粒子，标准模型就离成为超级模型更近一步。
那引力是由什么产生的呢
到目前为止，我们还没能找到使引力成为可能的离散部分，部分原因是引力太弱了。
重力比弱力更弱，因此很难进行实验。尽管如此，物理学家们对它研究热情有增无减。
澳大利亚国立大学（ANU）的物理学家苏珊·斯科特（Susan Scott）说，了解重力的真正本质可能具有“惊人的含义”。
斯科特教授表示：它可以告诉我们自然法则从何而来，宇宙是建立在不确定性之上，还是决定论的。”
这不仅仅只是关乎诺贝尔奖。而是它还能让我们对黑洞有新的认识，揭开宇宙起源之谜。
弦理论
弦理论也许是最令人生畏的概念之一。
但用最简单的术语来说，它所提出的理论就是粒子是由微小的、振动的弦组成的。
斯科特教授比喻: “就像在音乐中，不同的琴弦组合产生不同的音符，微小的振动琴弦产生不同的粒子。”
这将包括提议的引力粒子——引力子。
弦理论不仅仅是量子引力理论。它还致力于成为一个理论的一切。
使弦理论工作所需的维度数量取决于数学解释。
例如，M理论需要11个维度。
斯科特教授说：“这比爱因斯坦的时空理论多出7倍。”
超弦理论需要10个维度，玻色子弦理论需要高达26个维度。
到目前为止，还没有一丝证据表明这些额外维度的存在。
环形量子引力
环形量子引力理论认为时空不是连续的，而是由一个由微小的、交织在一起的环组成的网络。
该理论的创始人之一、意大利物理学家卡洛·罗维利（Carlo Rovelli）说，这个想法类似于一件T恤:面料看上去可能是连续的，但如果你仔细看，你可以看到线条。
罗维利教授说：“但是这些线并不在太空中，因为它们本身就是太空。”
量子化时空的潜力——不仅仅是引力——是量子环理论与弦理论的区别。
然而，就像目前所有的量子引力理论一样，总是很难检验的。
环圈量子引力的环圈小得不可思议——大约是0.00000000000000000000016米。
斯科特教授说：“这是不可能在地球上的任何粒子加速器上进行测试的。”因此需要设计新的实验。
时空的“赌注”
这些理论已经存在了几十年，但仍未得到验证，这可能是一个不好的预兆——至少伦敦大学学院的物理学家乔纳森·奥本海姆（Oppenheim）是这样认为的。
奥本海姆教授说:“事情变得如此困难，可能是因为我们走错了方向。或许量子化引力的想法一直是错误的方法。
奥本海姆教授正在研究一个有争议的“混合理论”，它没有对引力进行量化，也修改了爱因斯坦的一些方程。他自己认为大概99%的同事都认为他是个疯子，因为大多数人认为应该量化引力。
卡洛·罗维利就是其中之一。
当他听到奥本海姆教授在 2020 年的一次会议上的讲话时，他非常激动，于是他同意打赌谁的理论会胜出。
他们确定了1比5000的赔率，也就是说，如果罗维利教授赢了，他得到的只是一件东西，但如果奥本海姆教授赢了的话，他得到的是5000。
然而，这个赌注的重点是为了确定科学家们改变他们的想法所需要的。
寻找证据
物理学家试图证明引力是一种量子现象的方法之一就是当场捕捉住它。
我们基本知道量子行为是什么样子的。一个例子是纠缠，两个粒子相互作用，然后在很远的距离上保持联系。
如果这些仅仅以引力相互作用的粒子变得纠缠在一起，那就意味着引力是一种量子现象。
奥本海姆教授说，实验室的新兴技术给这一领域带来了新的希望。
“人们一直认为，为了测试量子引力，我们必须达到极高的能量，”他说。“就像我们几乎必须找到黑洞一样。我们最近了解到事实并非如此。我们可以进行低能量的实验。”
今年早些时候，南安普敦大学（ University of Southampton ）就有一个例子，科学家们利用磁铁来探测粒子的引力。
而在澳大利亚， ANU 的科学家们提出了利用敏感激光进行量子引力实验。
斯科特教授说，这些桌面技术给了我们更多的机会来揭开地心引力的秘密。
这可能是自爱因斯坦1915年提出引力理论以来，参与引力研究的最激动人心的时刻。
但没有一个确定的时间表。答案已经暗示了我们100年，而且还可能暗示我们100年。