在理論物理學(xué)家的眼里，物質(zhì)世界分為兩部分：萬(wàn)有引力，以及除了萬(wàn)有引力的一切。

原則上可以包容所有已知物理現象的標準模型，無(wú)法把引力容納其中。

大多數理論物理學(xué)家認為，引力實(shí)際上是物質(zhì)或場(chǎng)交換名為引力子的粒子，但用量子來(lái)重寫(xiě)愛(ài)因斯坦理論的嘗試，結果全是一泡污。把引力納入標準模型，實(shí)現理論上的和諧完滿(mǎn)，是物理學(xué)界最重大的問(wèn)題，也是最艱巨的問(wèn)題。

然而，近年來(lái)，一種被稱(chēng)為 "雙重拷貝"的、令人困惑的數學(xué)工具已被證明，在某些場(chǎng)合可以出奇地把引力的語(yǔ)言翻譯成量子語(yǔ)言，如把引力子和黑洞，轉化為明顯更簡(jiǎn)單的量子等價(jià)物。

都柏林高級研究學(xué)院的物理學(xué)家萊隆·博斯滕說(shuō)："我們描述世界的兩種語(yǔ)言，存在著(zhù)一道隔閡，而現在似乎找到了連接兩者的橋梁?！?/p>

雖然引力和量子之間這種未經(jīng)證實(shí)的數學(xué)關(guān)系沒(méi)有明確的物理解釋?zhuān)刮锢韺W(xué)家能夠完成幾乎不可能完成的計算，并暗示四大基本力(引力、電磁力、強力和弱力)本質(zhì)上為一體。

西北大學(xué)的物理學(xué)家約翰·約瑟夫·卡拉斯科說(shuō)，任何花時(shí)間研究 雙重副本理論 的人都會(huì )相信 "它植根于對引力不同的理解方式"。

我們用光子解釋電磁作用，用膠子解釋強相互作用……但引力子不同。當在引力方程里加入理論上的引力子時(shí)，秩序就崩潰了，理論體系就像是撞到了冰山的泰坦尼克號，從船體的破漏處涌出無(wú)數的無(wú)窮大。

但 雙重拷貝 似乎是上帝為引力留下的暗門(mén)。

茲維·伯恩和蘭斯·迪克森，以及后來(lái)的卡拉斯科和亨里克·約翰森，在2000年左右開(kāi)發(fā)了這套工具，用于推進(jìn)經(jīng)典弦理論中的工作。在弦理論中，代表引力子的O形環(huán)就像對應于其他力的載體的一對S形弦。研究人員發(fā)現，這種關(guān)系也適用于點(diǎn)粒子，而不僅僅是假想的弦。

在粒子散射事件中可能發(fā)生的所有相互作用的總和中，代表每個(gè)相互作用的數學(xué)結構可分成兩部分，就像數字6=2×3一樣。第一部分有關(guān)力的性質(zhì)；對于強力，這個(gè)術(shù)語(yǔ)與被稱(chēng)為“顏色”的屬性有關(guān)。第二部分刻畫(huà)粒子的運動(dòng)。

為了完成 雙重拷貝，首先要扔掉力的“顏色”，用運動(dòng)學(xué)項取代它，把2×3變成3×3。如果6描述了強力事件的結果，那么雙重拷貝 告訴我們，9與某些引力子事件相匹配。

雙重拷貝 有一個(gè)致命弱點(diǎn)。在執行運算之前，理論家們必須把運動(dòng)學(xué)項的形式寫(xiě)成力的屬性項。但這是很困難的，甚至并不總是可能的。但是，如果運動(dòng)學(xué)湊巧可以被改寫(xiě)，對引力的計算結果就像把2×3改為3×3一樣容易。

目前看，整套數學(xué)操作并沒(méi)有已知的物理意義，因為引力子并不是字面意義上的膠子對。但這是一條數學(xué)捷徑，也是第一個(gè)未導致無(wú)限大的引力子理論。

如上面所說(shuō)，雙重拷貝 在很多場(chǎng)合里無(wú)法使用。伯恩、卡拉斯科和其他人多年來(lái)一直用被稱(chēng)為超引力的異界理論，來(lái)檢驗雙重拷貝的威力。超引力不存在我們的宇宙中。利用 雙重拷貝，他們已經(jīng)完成了越來(lái)越精確的超引力計算。超引力宇宙的高對稱(chēng)性，使它成為引力子理論之樹(shù)上最低的蘋(píng)果——我們唾手可得。伯恩等人希望將計算成功擴展到更現實(shí)的理論之中。

受他們的鼓舞，愛(ài)丁堡大學(xué)的多納爾·奧康奈爾和倫敦瑪麗皇后大學(xué)的里卡多·蒙泰羅、克里斯·懷特用雙重拷貝 來(lái)重新刻畫(huà)宇宙中最極端的引力劇目。

黑洞。旋轉的黑洞會(huì )把扭曲的時(shí)空結構拖到它們周?chē)?。這些方程超級復雜。如果你看一下旋轉黑洞的方程式，"你的眼睛可能會(huì )流出血淚"，奧康納警告說(shuō)。

研究人員將黑洞的扭曲時(shí)空分成兩部分：平坦的時(shí)空和一個(gè)代表強烈偏離平坦的項。然后，蒙泰羅解釋說(shuō)，他們問(wèn)自己，偏離項是否是某些東西的 雙重拷貝。

它是。

該小組在2014年報告說(shuō)，靜止的和旋轉的黑洞都像是帶電粒子的雙重拷貝。奧康納說(shuō)："你把這個(gè)復雜的東西簡(jiǎn)化為令人難以置信的簡(jiǎn)單東西?！?/p>

黑洞并不是字面上的雙電子對。但它們在數學(xué)上的統一性正在松動(dòng)愛(ài)因斯坦的相對論對引力領(lǐng)域的束縛。

最近，雙重拷貝的從業(yè)者已經(jīng)跳入引力波天文學(xué)。這是一門(mén)新興學(xué)科，通過(guò)時(shí)空中的引力漣漪來(lái)探測遙遠的天體和天文事件。在短短幾年內，伯恩和同事已經(jīng)利用數學(xué)捷徑預言了引力波，已經(jīng)可以和廣義相對論的理論預言能力相媲美。

雙重拷貝 揭示了引力不為人知的、更簡(jiǎn)單的一面，但即使是那些致力于探索這種關(guān)系的理論家也想知道這種簡(jiǎn)單性從何而來(lái)。

通往完整的量子引力理論的道路是漫長(cháng)而不確定的，雙重拷貝 可能不會(huì )一直通向那里。但它給理論學(xué)家帶來(lái)了希望，即現代物理學(xué)的兩座根基是可以統一起來(lái)的。

https://www.quantamagazine.org/how-gravity-is-a-double-copy-of-other-forces-20210504/