重力究竟是不是量子？新实验可望解百年谜题

量子力学被誉为人类最成功的科学理论之一，能解释从元素周期表到恒星发光的机制，但对于重力，它至今无法给出完整答案。美国加州理工学院理论物理学家祖瑞克（Kathryn Zurek）指出：「量子力学与重力如何结合，是物理学最大的未解难题之一。」国际权威期刊《自然》（13日）报导，随着技术革新，科学家开始乐观认为，能够在实验室直接测试重力的本质，解开百年谜题。

爱因斯坦的广义相对论，是目前公认的重力理论，将重力视为物质使时空弯曲的结果。然而，广义相对论是「经典理论」，与量子力学的「叠加态」与「不确定性」概念难以融合，因为广义相对论认为粒子是存在精确时空的事物，并沿着明确定义的轨迹移动。

理论与技术发展，使得实验成为可能

过去半个世纪，理论物理学家提出弦论、循环量子重力等模型，试图量子化重力，但缺乏实验证据，甚至不确定该找什么样的证据。近十年来，随着技术进步，部分科学家开始乐观认为，能够够在实验室直接测试重力的本质，维也纳大学实验物理学家阿斯佩尔迈尔（Markus Aspelmeyer）指出，理论与实验能力的发展，使这类测试逐渐可行。

其中一个核心问题是：量子叠加是否会影响重力？例如，一颗粒子同时存在于两个位置，是否会让时空本身进入叠加状态？另一颗粒子会同时受到两种不同的引力吸引，还是只感受到平均值？

解答这个问题的关键，在于「纠缠」，若两个物体仅透过彼此的重力作用就能进入量子纠缠状态，那么重力就必然具有量子性。阿斯佩尔迈尔的实验构想，是将真空中的微小粒子置于不同位置的叠加态，观察另一个仅受其引力影响的粒子，是否与之产生纠缠。

不过要让较大物体进入量子叠加态极为困难，因为在日常尺度下从未观察到此现象。目前科学家已在由数千个原子组成的分子，以及被激光悬浮的微米级玻璃球上，实现部分量子行为。但要让物体既能展现量子特性，又有足够质量产生可测的引力，需要至少22微克（µg ）的质量，也就是0.000022公克这在现阶段仍难达成。

另一个由伦敦大学学院理论物理学家波斯（Sougato Bose）提出的计划，是让两颗微小钻石同时沿两条平行路径自由落体，藉由它们在不同距离下的引力差异，检验是否出现纠缠。不过，他坦言每个步骤都极具挑战，可能需数十年才有望完成。