新理论检验我们对自然界最基本力量的理解

从来没有人能完全确定引力。牛顿发现，即使相距很远，物体似乎也会相互吸引，他根据这一观察构建了一个数学公式，以惊人的准确度预测了行星的运动。爱因斯坦改进了这一定义，指出大物体通过弯曲周围空间来吸引小物体——就像保龄球使蹦床表面变形，使弹珠滚向它一样——并基于这一洞察构建了他的广义相对论，事实证明，这一理论更加优雅，预测性更强。

但并不完美。爱因斯坦的理论认为宇宙正在膨胀，以至于每个物体都在远离其他一切，哈勃太空望远镜的观测证实了这一点。然而，要使这一理论成立，需要一个更为复杂的结论：如果随着时间的推移，一切都在分离，那么在某一时刻，宇宙中的一切一定聚集到一个点上。

这个问题已经困扰理论家近一个世纪了，爱因斯坦从他的一般理论中构建了几个具体的数学公式，这些公式已被证明可以准确描述几乎所有事物——除了宇宙本身的起源。当数学家逆转理论以重新包装宇宙大爆炸之前的样子时，数学会产生一个无限小和无限密集的东西。这个“奇点”是方程式中出现问题的常见迹象。“物理学家不喜欢无穷大的数字，因为它们意味着一个不太物理的解决方案，”印第安纳大学引力理论家尼科德姆·波普拉夫斯基说。但今年夏天，两位物理学家可能已经找到了如何让爱因斯坦的宇宙变得有序的方法。

牛津大学的天体物理学家马克西莫·巴纳多斯和佩德罗·费雷拉用修正的波恩-因费尔德作用（描述电磁学）取代了爱因斯坦-希尔伯特作用（广义相对论的所有其他方程都是从该方程推导出来的）。在波恩-因费尔德条件下，费雷拉和巴纳多斯能够在正常情况下复制爱因斯坦引力，这也与科学家们观察到的宇宙起源条件相一致。

根据费雷拉和巴纳多斯的说法，引力不足以将宇宙的质量压缩成一个密度无限大的点，但是，以他们对引力设定的极限，它可以将宇宙压缩成一个极小的球。

这个球体并非从一个点冒出来，而可能是正在进行的过程中最致密的部分，在此过程中，先前的宇宙向内坍缩，“反弹”到密度极限，然后再次膨胀成为我们现在的宇宙。或者，在最初的增长之后，宇宙可能在膨胀之前暂停了一段时间，就像今天这样。费雷拉说，未来对早期宇宙遗留下来的引力波的分析可以验证这项工作。“爱因斯坦的理论更简单，”他承认。“但有时最简单的想法并不是最好的。”

“这是朝着提高我们对引力的理解迈出的一大步，”波普拉夫斯基说。但就目前而言，该理论的发展程度不如爱因斯坦引力的其他替代理论。在更高维度上存在引力，存在具有额外曲率项的引力，以及与“变色龙场”耦合的引力，这种变色龙场使得物质附近的引力强度与真空中的引力强度不同。最近出现如此多的理论可能预示着该领域即将取得突破。事实上，阿姆斯特丹大学的埃里克·韦尔林德认为引力根本不是一种力，而是一种“新兴条件”。正如他在 7 月接受《纽约时报》采访时所说，“对我来说，引力并不存在。”