科学家们正在通过测试一种称为全息原理的大胆理论来突破物理学的极限，该理论可能有助于统一量子力学和广义相对论。信用：SciTechDaily.com

在薛定谔提出改变游戏规则的方程式 100 年后，物理学家仍在追逐圣杯：一种将奇异的量子力学世界与广义相对论的宇宙尺度融合在一起的统一理论。

在犹他州立大学，研究人员正在使用一种称为全息原理的激进想法来弥合差距。通过制作精确的数学模型，他们正在冒险探索实验无法到达的地方——向时空和引力的边缘进发。

薛定谔方程：物理学的量子飞跃

整整一个世纪前，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）——是的，那个“盒子里的猫”家伙——提出了一个将彻底改变科学的方程式。薛定谔方程成为量子力学的基石之一，为科学家提供了一个强大的工具来计算系统的波函数以及它如何随时间动态变化。

“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，”犹他州立大学物理学家 Abhay Katyal 说。“挑战在于，半个多世纪以来，科学家们一直在努力调和这两种理论。”

协调不兼容的领域

量子力学支配着原子和亚原子粒子的怪异世界。另一方面，广义相对论解释了引力如何作用于恒星、行星和星系等大质量物体。这两种理论在各自的领域都取得了令人难以置信的成功，但当科学家试图将它们一起应用时，它们会发生冲突。

“物理学中的许多未知数都是由一方或另一方解释的，但这些解释往往是不相容的，”副教授兼 Katyal 的教师导师 Oscar Varela 说。“量子引力是将这些理论结合起来的一种尝试，但直到今天，我们都不知道量子引力是什么。”

在 2025 年 5 月 6 日发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，犹他州立大学物理学家 Oscar Varela（左）和 Abhay Katyal 以及 Ritabrata Bhattacharya（未图）提供了一个框架，用于描述量子力学和广义相对论这两个孪晶领域中的基本物理原理，但这些领域经常相互冲突。图片来源：USU 的 M. Muffoletto

犹他州物理学家深入研究全息原理

在寻找正确的量子引力理论的过程中，Varela 和 Katyal 与前 USU 博士后研究员 Ritabrata Bhattacharya 描述了他们在测试全息原理方面的进展，他们说这是任何有效量子引力理论的关键特性。该团队最近在美国物理学会的 Physical Review Letters 上发表了他们的发现。他们的研究得到了美国国家科学基金会初等粒子物理学-理论项目的支持。

“提出的量子引力理论很难通过实验进行测试，因为我们没有预测在极高能量或极小尺度下发生的效应的技术，”Varela 说。“对于像我们这样的理论物理学家来说，精确的数学模型类似于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 USU 团队来说，全息原理是推动物理学思想新前沿前进的工具。

“全息原理是我们预测量子引力的模型，”Varela 说。