非量子化的引力之迷

萬有引力是人類最早認識的一種相互作用。早在1678年出版的被稱為“自然科學圣經”的牛頓巨著《論自然哲學的數學原理》一書中，牛頓給出了萬有引力的數學表達，并用此來解釋地球繞太陽的運動以及潮汐現象。

1913年～1916年間。愛因斯坦基于物質的慣性質量與引力質量的等效性建立了廣義相對論下的引力理論。該理論的內容包括在這兩篇論文中，1913年發表的《廣義相對論綱要與引力理論》和1916年的《廣義相對論的基礎》。

上述二文將“相對論”的思想由平移坐標系K推廣至做加速度運動的參照系K，通過數學處理，愛因斯坦給出了一個描述引力的方程。它由兩部分構成，方程的右邊描述了場源(即質量)的密度性質。由于是描述引力場的場源，所以該項包括了萬有引力常數G。

早在愛因斯坦建立廣義相對論引力方程后不久，愛因斯坦就直覺地認識到這個方程的不足。他曾說：“(廣義相對論引力方程)左邊的項如同用大理石一樣精美的雕刻，而方程右邊如同技術。”

愛國斯坦不愧為劃時代的物理學家，正是他所擔心的廣義相對論引力方程的右邊的一項在日后的歲月中成了阻礙引力量子化的最大難點。

1960年之后，物理學家開始嘗試建立一個能包括所有相互作用的所謂“大統一理論”(英文簡寫為GUT理論)。到了1980年前后，隨著溫質格等人對弱相互作用的統一，更增強了物理學家追求GUT的信心。到了1985年之后，一個包含了電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用的“標準模型”已初步建立，但是該理論模型尚不包含萬有引力。此后的努力讓物理學家失望，用量子場論的常規方法處理愛因斯坦的廣義相對論引力方程出現了問題。問題出現在方程的右邊一項即包含萬有引力常數G的這一項，也就是愛因斯坦早年擔心的右邊的項。

當采用通常的量子場論的拉格朗日函數描述萬有引力時，由于G中質量的量綱為負二次方，所以，采用積分時，這個積分是發散的。就是說積分為無窮大，表明在任何情況下，萬有引力相互作用為無窮大，這顯然與事實不符。

為了清除由質量帶來的發散，理論物理學家們想了很多方法卻均無結果。其中被認為合理的方法是將質量場清除。愛因斯坦的質能方程E＝mc²早已指出，質量和能量是一回事，可以互相轉化。所以，理論物理學家們就將相互作用的能量提高以清除質量一項。但計算結果令人失望，將質量一項清除，引力作用體系的能量要達到10²³GeV，而目前人類的粒子加速器可達到的最高能量亦不過10⁴℃eV而已。這事實上等于用一個新謎團去解釋舊謎團，因為在10²³GeV的高等條件之下，目前的量子場論是否仍有效都成了疑問。

引力不可以用量子力學的語言描述，關鍵在于目前人類尚不知道這一相互作用由質量本身的什么物理性質決定的。因此，要真正認識引力，必須首先認識與“質量”這一概念相聯系的物理學基本規律，即“質量”本身的來源是由什么物理規律決定的。