引力对解决等级问题的可能性

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2016年，加西亚在牛津大学攻读粒子物理学博士几年后，她清楚地意识到，清算是必要的。“我那时开始对缺失部分更感兴趣，我们在讨论这些问题时通常不包含这一部分，也就是引力——认识到量子引力的内容，远比我们从有效场论中所能得知的要丰富得多。”

1980年代，理论学家了解到引力不符合通常的还原论规则。如果你用力将两个粒子狠狠地撞击在一起，能量会在碰撞点处聚集，甚至可以形成黑洞——引力极大以至于任何东西都无法逃脱的区域。

如果将粒子更猛烈地撞击在一起，它们会形成一个更大的黑洞。能量更多反而不会让你看到更短的距离；相互撞击越用力，产生的不可见区域就越大——与还原论矛盾。

黑洞和描述其内部的量子引力理论完全推翻了高能和短距之间的通常关系。“引力是反还原论的。”纽约大学物理学家谢尔盖·杜博夫斯基（Sergei Dubovsky）说。量子引力似乎在与自然的架构开玩笑，“使用有效场论的物理学家已经习惯了简洁巧妙的嵌套式能标系统，而量子引力把这套东西“嘲弄”了一番。

克雷格和加西亚一样，在大型强子对撞机的搜索一无所获后不久就开始思考引力的影响。在尝试用各种新的方法去解决等级问题时，克雷格重读了 CERN 的理论物理学家朱迪切2008年关于自然性的一篇文章。

朱迪切文中写到，宇宙学常数问题的解决方案可能涉及“红外和紫外效应之间的一些复杂的相互作用”，克雷格开始仔细思考其含义。如果红外和紫外具有复杂的相互作用，那将违背通常的退耦性，而红外和紫外的退耦是使有效场论起作用的基础。

“我在谷歌上搜索了'紫外-红外混合’一类的关键词。”克雷格说，这让他找到了1999年的一些有趣的论文，“然后我开始思考这个方向。”通过打破有效场论的还原论体系，紫外红外混合可能会解决自然性的问题。

在有效场论中，像希格斯质量和宇宙学常数等量是紫外敏感的，但因为某些原因它们并没有爆掉，就好像所有紫外物理之间达成共谋——所有的紫外效应都抵消了，这时自然性问题就出现了。

“在有效场论的逻辑中，我们放弃了这种可能性。”克雷格解释道。还原论告诉我们，红外物理学也是源于紫外物理学的——水的粘度来自其分子动力学，质子的属性来源于它内部夸克，而当你放大能标，诠释就会显现出来——而不是相反。

但是，紫外不受红外的影响或解释，“因此（紫外效应）对希格斯粒子的影响，不能从非常不同的能级处推理得到。”克雷格现在提出的问题是：“有效场论的逻辑会失效吗？” 也许诠释真的可以在紫外和红外之间双向流动。

“这并不完全是无稽之谈，因为我们知道引力可以做到这一点。”他说，“引力不满足正常的有效场论的推理，因为它混合了所有长度尺度的物理——短距，长距。因为这样的特性，给我们遇到的难题找到了出路。”

原文链接：
https://www.quantamagazine.org/crisis-in-particle-physics-forces-a-rethink-of-what-is-natural-20220301/