重力存在着问题。这是阿尔伯特·爱因斯坦 （Albert Einstein） 在100多年前发现的问题。
这也是一个我们可能即将解决的问题，或者可能需要另一个世纪才能解开。
问题是，我们并不完全了解重力是如何运作的。
“长期以来，人们一直在用大锤来解决这个问题，”悉尼大学的天体物理学家格林特.刘易斯( Geraint Lewis)教授说。
“它就是拒绝屈服。”
我们知道引力的作用。它让我们站稳脚跟。它使地球围绕太阳运行。
多亏了爱因斯坦的引力理论，我们有足够的知识来绘制环绕行星和碰撞星系的路径。
爱因斯坦的广义相对论自1915年发表以来一直无人能敌。“但有些地方相对论会崩溃，”刘易斯教授说。
方程式不再给我们提供我们需要的答案。
因此，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无法解释的东西。
这既是推进基础物理学的严肃追求、又是对时空本质的不那么严肃的赌注。
爱因斯坦的不完备引力理论
广义相对论告诉我们，引力是时空的曲率。
大质量天体，如太阳，会扭曲它们周围的空间和时间。这会导致像地球这样的物体在特定的轨道上移动。
这与艾萨克·牛顿 （Isaac Newton） 的引力观背道而驰，尽管他主导了物理学200年。
牛顿将引力视为一种独立于空间和时间的力，而爱因斯坦则认为引力是空间和时间的产物。
对于澳大利亚莫纳什大学的科学作家和科学史学、数学家罗宾·阿里安罗德 （Robyn Arianrhod） 来说，广义相对论是“人类思维最非凡的创造之一”。
该理论的预测不断成真——即使爱因斯坦本人也怀疑它们会成真。
从1919年首次观测到太阳在日食期间弯曲的光，到2015年在时空结构中检测到被称为引力波的微小涟漪。
广义相对论因其美丽和简单而受到赞誉。但即使是爱因斯坦也知道他的理论无法解释一切。
这就是为什么他一直在寻找将所有内容整合在一起的基本原则。
但无论爱因斯坦如何尝试，他都找不到答案。
正如他在 1938年的一封信中写道：“我大多数聪明的孩子，在很小的时候，最终都落入了希望落空的坟墓。”
我们知道广义相对论不完整有几个原因。
在黑洞的中心，当我们试图理解宇宙的起源时，数学会变得不稳定。它告诉我们的是，我们所知道的相对论在某个点上会崩溃。
任何将要取代它的东西都会产生作用。广义相对论也在非常小的尺度上分解。
这就是量子理论发挥作用的地方——一套完全不同的规则，告诉我们亚原子粒子（如光子和电子）的行为方式。
但这意味着我们有两套规则来解释宇宙，遗憾的是它们从根本上是不相容的。
量子难题
理解广义相对论和量子力学之间的这一鸿沟的最简单方法是比较这两种理论如何解释世界。
广义相对论认为时空是连续的，而量子理论认为宇宙是构成更大整体的离散部分。他们不可能都是真的。
重力必须屈服吗？量子力学必须屈服吗？他们必须在中间的某个地方碰撞吗？
长期以来，人们一直认为重力是问题所在。
根据物理学标准模型，有四种基本力，每种力都由不同类型的粒子携带。
对于电磁力，它是光子。对于强大的力（强力），它是胶子。玻色子携带的力（弱力）很弱。
那么，什么承载了引力呢？
到目前为止，我们还没有找到使引力成为可能的离散部分，部分原因是它太弱了。重力甚至比弱力还要弱，因此非常难以试验。
尽管如此，还是有许多理论和许多热情的拥护者。毕竟，那些脱颖而出的人的奖赏回赠是巨大的。
“找到 [答案] 的物理学家知道他们将前往瑞典领取诺贝尔奖，”刘易斯教授幽默地表示。
“如果你破解了这个难题，那就是你要走的路。因为你会改变物理学。
澳大利亚国立大学 （ANU） 的数学物理学家物理学家苏珊·斯科特 （Susan Scott）教授也持同样的看法：了解引力的真正本质将会产生“惊人的影响。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，还是建立在决定论之上。它还可能让我们对黑洞有新的认识，并揭开作为宇宙起点的谜团。
但这里涉及的不仅仅是诺贝尔奖。
对于这方面名列前茅的理论家不仅可以预订瑞典（诺贝尔奖故乡）之旅，还会发现自己拥有了一辈子的金色名片。
弦理论
弦理论可能是最令人生畏的概念之一。
但用最简单的术语来说，它所提出的只是粒子是由微小的、振动的弦组成的。
“所以就像在音乐中一样，琴弦的不同组合会产生不同的音符，微小的振动琴弦会产生不同的粒子，”苏珊·斯科特教授解释道。
这将包括拟议的引力粒子——引力子。
弦理论不仅仅是量子引力理论。它也努力成为万物的理论。
使弦论起作用所需的维数因数学解释而异。例如，M 理论需要11个维度。比爱因斯坦的时空理论多了七个。
超弦理论需要10个维度，而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的维度存在。
环量子引力
环量子引力理论认为时空不是连续的，而是由一个微小的交织环网络组成的。
该理论的创始人之一、意大利物理学家卡洛·罗维利 （Carlo Rovelli） 表示，这个想法类似于一件T恤：织物可能看起来是连续的，但如果你仔细观察，你可以看到线。但这些线不在太空中，因为它们本身就是太空。
量子环理论与弦理论的不同之处在于，量子环理论不仅仅具有引力，还能实现量子环理论的量子
然而，就像目前所有的量子引力理论一样，这很难测试。
环量子引力中的环会小得令人难以置信——大约 0.0000000000000000000000000000000000000016 米。
苏珊·斯科特表示：这在地球上的任何粒子加速器中都是不可能的，因此，需要设计新的实验。
押注时空
这些理论已经存在了几十年，但仍然没有得到检验，这可能是一个不祥之兆——至少在伦敦大学学院（University College London）的物理学家乔纳森·奥本海姆（Jonathan Oppenheim）看来是这样。
“它变得如此困难的原因可能是因为我们走错了方向，”奥本海姆教授说。
“也许量化引力的想法是错误的方法。”
奥本海姆教授正在研究一个有争议的混合理论，该理论不量化引力，并且还修改了爱因斯坦的一些方程。
“然而，他自己也承认大概99%的同行都不会认同他的理论，他们大多数人认为我们应该量化引力。Carlo Rovelli 就是其中之一。
当他在 2020 年的一次会议上听到奥本海姆教授的演讲时，他非常不赞同，他甚至同意打赌谁的理论会胜出。
他们确定了1 比 5,000 的赔率，这意味着如果 Rovelli 教授赢了，他会得到一件物品，但如果奥本海姆教授赢了，他会得到 5,000。
然而，这个赌注的重点并不是要获得最终的获利品。而是为了确定科学家需要什么的发现才能改变他们的想法。
继续寻找证据
物理学家试图证明引力是一种量子现象的方法之一是在行为中捕捉它。
我们知道量子行为是什么样的。一个例子是纠缠，其中两个粒子相互作用，然后在很远的距离上保持连接。
如果这些粒子纠缠在一起，只在引力作用下发生过，那就意味着引力是一种量子现象。
奥本海姆教授说，实验室中的新兴技术为该领域带来了新的希望。
“人们一直认为，我们必须达到极高的能量才能测试量子引力，”他说。“就像我们几乎必须找到黑洞一样。我们最近了解到的情况并非如此。我们可以进行低能量实验。”
今年早些时候，南安普敦大学（University of Southampton）的科学家们用磁铁来探测粒子上的引力。
在澳大利亚，澳大利亚国立大学的科学家们提出了使用敏感激光器的量子引力实验。
苏珊·斯科特教授表示，这些桌面技术让我们有更多机会来揭开地心引力的秘密。
“这可能是自爱因斯坦在 1915 年提出他的理论以来，参与引力研究最激动人心的时刻。”
不过，没有一个保证的时间表。答案已经暗示了我们100年，并且可能再暗示我们100年。
