在薛定谔提出颠覆性的方程一个世纪之后，物理学家们仍在追寻圣杯：一个将量子力学的奇异世界与广义相对论的宇宙尺度相融合的统一理论。

在犹他州立大学，研究人员正在利用一种被称为全息原理的激进理论来填补这一空白。他们通过建立精确的数学模型，正在探索实验无法触及的领域——时空和引力的最边缘。

薛定谔方程：物理学上的重大突破

整整一个世纪前，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔——没错，就是提出“箱中的猫”悖论的那位——提出了一个将彻底改变科学的方程。薛定谔方程成为了量子力学的基石之一，为科学家们提供了一个强大的工具，用以计算系统的波函数及其随时间动态变化的情况。

犹他州立大学物理学家阿布海·卡提亚尔表示：“量子力学和阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论是现代物理学的两大支柱。但半个多世纪以来，科学家一直在努力使这两种理论相协调，这就是挑战所在。”

调和矛盾领域

量子力学支配着原子和亚原子粒子组成的奇异世界。另一方面，广义相对论解释了诸如恒星、行星和星系等大质量物体的引力作用方式。这两种理论在其各自的领域都取得了巨大成功，但当科学家们试图将它们结合使用时，却发生了冲突。

卡蒂亚尔的导师奥斯卡·瓦雷拉 (Oscar Varela) 副教授表示：“物理学的许多未知因素可以由这一理论或另一理论来解释，但这些解释往往相互矛盾。量子引力理论试图将这两种理论结合起来，但时至今日，我们仍不知道量子引力理论是什么。”

犹他州物理学家深入研究全息原理

在探索正确的量子引力理论的过程中，瓦雷拉、卡蒂亚尔以及前犹他州立大学博士后里塔布拉塔·巴塔查里亚描述了他们在测试全息原理方面所取得的进展，他们表示该原理是任何有效量子引力理论的关键特性。研究团队最近在《美国物理学会物理评论快报》上发表了他们的研究成果。其研究得到了美国国家科学基金会基础粒子物理学理论项目的支持。

“因为我们没有预测极高能量或极小尺度下所发生效应的技术，所以提出的量子引力理论很难通过实验验证，”瓦雷拉说，“对于我们这样的理论物理学家而言，精确的数学模型就如同实验物理学家的仪器：它可以用来预测物理世界。”

突破物理学的界限

对于犹他州立大学（Utah State University）的团队而言，全息原理是推动物理思想迈向新领域的一种手段。

“全息原理是我们对量子引力进行预测的模型，”瓦雷拉说。

参考文献：Ritabrata Bhattacharya、Abhay Katyal和Oscar Varela于2025年5月6日在《物理评论快报》上发表的“从最大超引力得出的类超共形指标”。DOI：10.1103/PhysRevLett.134.181601

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