萬有引力就像艾薩克·牛頓爵士描述的那樣：如果你跳起來，萬有引力就會把你拉回到地面。簡單地說，引力是一種影響和改變物體運動的力。至少的愛因斯坦出現(xiàn)之前是這樣的。
愛因斯坦通過他的廣義相對論，詳細闡述了引力的數(shù)學(xué)公式，這個力被理解為時空“不可避免的扭曲”。但是，這種扭曲是如何發(fā)生的呢？
無論什么時候，任何東西都試圖以直線穿過宇宙，這個物體都會沿著一個軌跡運動，這個“軌跡”會被附近任何形式的質(zhì)量和能量所彎曲。因此，我們所認為的引力就是宇宙結(jié)構(gòu)的曲率。
看起來是這樣，但是一旦我們把這個理論應(yīng)用到另一個物理領(lǐng)域中非常重要的理論——量子力學(xué)時，問題就出現(xiàn)了。
但是量化引力并沒有那么難。我們已經(jīng)把所有其他的基本力（電磁力，強核力和弱核力）量化了。因此量化引力（基本力中最弱的）應(yīng)該是小菜一碟。對吧？
錯了！
事實上，大錯特錯！
廣義相對論的圖示首先，考慮下面的例子來理解為什么會這樣：
一個電子遇到一個光子。接下來會發(fā)生什么？兩個粒子會相互碰撞嗎？光子能“反彈”嗎？能量或動量是如何交換的？這些粒子會在第一眼就愛上對方還是討厭對方？
現(xiàn)在，有一些事情使這個情況變得復(fù)雜。例如，光子可以隨意產(chǎn)生或消滅。打開電燈，數(shù)以萬億計的光子從燈泡中涌出。他們短暫地體驗了生活所能提供的所有快樂和自由，但當(dāng)他們撞上一堵墻并被原子吸收時，他們的存在就消失了。所以，在狹義相對論中，物質(zhì)和能量是可以相互轉(zhuǎn)換的，如果能量可以被創(chuàng)造或毀滅，那么質(zhì)量也可以被創(chuàng)造或毀滅。
因此，我們可以同時創(chuàng)造光子和電子。你只需要一個空盒子，它們就會神奇地出現(xiàn)。當(dāng)然，如果它們真的出現(xiàn)了，它們會馬上消失。
但我們假設(shè)盒子里有一個粒子（假設(shè)是一個光子），能隨意將自身轉(zhuǎn)變成電子或正電子的物質(zhì)。同樣的，任何粒子也可以把自己變成光子。畢竟，物質(zhì)和能量是一回事。兩者都能像換襯衫一樣容易地轉(zhuǎn)換。
早在19世紀，我們就有了物理學(xué)的“經(jīng)典”圖景。這幅畫布被涂上了連續(xù)的顏色，其中電磁場優(yōu)雅而流暢地擺動和波動。但量子力學(xué)出現(xiàn)了，它描繪的現(xiàn)實圖景完全不同。量子世界不是光滑連續(xù)的場，物質(zhì)只能有一定數(shù)值的能量和一定數(shù)值的角動量。
因此，為了調(diào)和經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，我們必須創(chuàng)造一個概念。這就是量子電磁場。
量子電磁場的藝術(shù)印象我們的猜想是存在一個貫穿時空的電磁場。它可以獲得額外的能量，然后被“捏掉”。就像光子一樣。這意味著光子只是電磁場的一小部分。因此，可以通過從電磁場的局部區(qū)域增加或減少能量來創(chuàng)造或消滅光子。
從這一點我們可以論證，有一個帶光子的電磁場和一個帶電子的電場。兩者同時在空間中擴散。所以，如果給電磁場增加一點能量，一些光子就會蹦出來。相應(yīng)地，如果給電場增加一點能量，一些電子就會跳出來。最后，所有的事情都是一樣的，這解釋了如何可以隨心所欲地創(chuàng)造和破壞電子。它所需要的只是從能量場中增加或減少能量。
建立了這個概念之后，讓我們回到最初的問題：當(dāng)光子和電子碰撞時會發(fā)生什么？
現(xiàn)在你可以看到困難了。我們面對的不僅僅是一對一的直接碰撞。當(dāng)電子和光子移動時，它爾會消失，然后又重新出現(xiàn)，甚至相互轉(zhuǎn)換（就像一個場向另一個場傳遞能量一樣容易）。所以必須把所有可能的碰撞加起來。
然而，當(dāng)把所有這些可能的碰撞加起來時，就又會遇到麻煩。這些粒子的相互作用有無數(shù)種可能的組合。而在自然界中，無論何時出現(xiàn)無窮大，都無法取得進步；沒有進步，就無法做出預(yù)測；沒有預(yù)測，就沒有科學(xué)。
幸運的是，幾十年前，一些杰出的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些竅門。通過巧妙的操作，他們成功地把所有的數(shù)學(xué)術(shù)語都集中到有限的幾個地方。無窮大仍然存在，但由于方程的存在，可以將無窮排除在外。所以，即使我們的理論不能預(yù)測所有的事情，但通過將無窮排除在外，我們可以取得一些進展，并預(yù)測一些事情。
這就是量子場論的世界，正是由于它，粒子領(lǐng)域取得了令人難以置信的進步，以及它們與四種基本力的相互作用的方式。但是哪一種力是難以被吸收的呢？
這就引力！
那么，我們該如何應(yīng)對呢？
其中一個問題是重力并不像其他力一樣。時空是所有粒子炫耀自己的舞臺。廣義相對論告訴我們，“舞臺”也是有生命的。它在粒子的影響下發(fā)生彎曲和翹曲，這種彎曲和翹曲改變了它們的運動方向。所以當(dāng)物理學(xué)家從量子場的角度研究基本的電子-光子相互作用時，我們就會有遇到麻煩。因為，我們不僅要考慮光子和電子相互作用的每一種可能的組合和排列，還要考慮它們所有可能的時空配置！
無窮大是無法處理的。但我們又不能假裝他們不存在。我們無法用已知的測量數(shù)據(jù)來彌補。數(shù)學(xué)太復(fù)雜了，我們無法使它簡單到足以解決這個難題。
但還是有希望的。一些聰明的想法，如弦理論，正試圖解決這些問題。但必須指出的是，在過去幾十年里，這種理論都沒有取得多大的進展。
這就是為什么像黑洞和早期宇宙這樣的地方對理論物理學(xué)家如此有吸引力。它們是引力強大的地方，通過研究它們，我們希望能對如何正確對待引力有一個大致的了解。
但與此同時，我們希望能夠找到物理學(xué)圣杯，它能一勞永逸地解決現(xiàn)代物理學(xué)最大的問題。
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