2026年10月12日——最新研究表明，引力与量子信息深度关联，时空的形状可追溯至量子场中信息的存储方式。爱因斯坦的广义相对论将引力描述为物质和能量引起的时空弯曲。量子理论则描述微观世界。将两者统一起来是物理学中最大的未解问题之一。

1995年，物理学家 Ted Jacobson 表明，爱因斯坦方程可以从热力学——关于热与熵的物理学——推导出来，就像支配气体的定律由分子运动涌现而来一样。这表明引力可能并非基本，而是可能从更深层的东西中涌现。

在发表于《Physical Review Letters》期刊的研究中，作者通过将量子信息与时空几何联系起来的精密数学方法，重构了广义相对论的热力学推导。

不过，从该论文以及与该文作者的广泛交谈中可以看出，他们的研究可能为引力起源提供新线索；这是他们通过使用量子相对熵得出的初步结论。

作者基于这样一种观点：空间和引力可能并非自然界的基本特征，而可能从量子世界中涌现。他们没有依赖经典的熵概念，而是采用量子相对熵——量子信息论中一种精确的数学度量，用于量化两个量子态的可区分程度。

“我们表明，这一量在视界处——时空中一个超出其后无法接收任何信息的边界——取值时，等于穿过该视界的能量，”该研究合著者、量子场论与广义相对论助理教授 Albert Much 博士解释道。

“结合 Bekenstein 和 Hawking 所阐明的熵与视界面积之间已确立的关系，这直接导向描述量子物质如何弯曲时空的方程。”

相对熵衡量两个量子态能在多大程度上被区分开来。想象海面，它从未完全平静。其持续的涟漪就像量子真空，即通常被称为空无一物的空间的状态。现在想象一道波掠过这一海面。相对熵表明，人们能在多大程度上将该波与起伏的背景区分开来。

当信息成为引力

作者认为，其发现的重要性在于其证明的真正新颖性。同时，他们也承认，信息与引力之间深层联系的基本要素早已为人所知。

然而，研究人员强调，这种关系往往是以物理直觉和启发性论证的形式呈现，而不是通过由精确推导和证明支持的完全严格的数学框架来呈现。

几十年来，熵与引力之间的联系依赖于与经典热力学的类比。这项工作表明，精确的量子信息概念可以取而代之；作者认为这是朝着理解量子引力迈出的有意义一步。

“我们的推导使用了数学上严格且定义明确的量，取代了此前的启发式论证，”Much 博士强调说。“这支持这样一种观点：时空和引力可能从更基本的量子信息中涌现，这是寻找量子引力理论的一条关键线索。”

这项研究表明，引力从本质上植根于量子信息。空间和时间弯曲的方式可能由量子态之间如何被区分所决定。

“引力方程在其经过量子修正的形式下，可以从量子信息中获得，”Much 博士指出。“这有点像是拨动吉他弦：物质是拨动，时空是琴弦，而它产生的音符就是爱因斯坦方程。”

弯曲时空中的量子场论描述引力背景下的量子物质，通常被视为迈向量子引力的第一步。据合著者、德国莱比锡大学理论物理研究所理论物理学家 Philipp Dorau 称，这项研究的发现表明，这第一步暗示了一种更基本的关系：局域时空曲率与量子信息相关。

“我们这项工作的大部分要素数十年来早已为人所知。物理学家长期以来一直在研究量子物质在视界附近（例如黑洞视界）的行为，以及空无一物空间的热性质，”Dorau 坚称。“正是理解相对熵方面的最新进展，为我们提供了量子信息、热力学和引力之间缺失的一环。”

弥合量子与引力之间的鸿沟

虽然这项研究没有直接应用，但其价值在于加深人们对自然基础的理解。从历史上看，这类基础性工作往往具有巨大的长期影响。Much 博士说，广义相对论曾被视为纯粹的理论框架，如今却对 GPS 等技术至关重要。

“此外，量子信息——我们工作的语言——正是支撑量子计算和量子技术的同一框架，”他补充道。

如果这些发现得到证实并进一步发展，可能有助于弥合现代物理学中最深刻的鸿沟之一：支配微观世界的量子定律与爱因斯坦引力理论之间仍未解决的差距。

作者意识到这一深刻鸿沟，因此并不将引力本身视为一种基本力。相反，他们的工作支持这样一种观点：时空本身可能从量子宇宙的信息结构中涌现。

他们现在旨在将其发现扩展到更一般的情形，包括不同形式的量子物质、更一般的量子态，以及类光曲面——这些在黑洞物理中起着核心作用。

“我们目前正试图将其推广到完整的量子引力，而在我看来，我们所发现的这种联系将作为各种量子引力理论的试验台，”Much 博士说。

他补充说，他们未来的研究将侧重于构建可以插入这些方程一侧的量子组分，“并看看另一侧是否会出现正确的东西（即爱因斯坦方程+修正）。”
“我们的长期目标是了解并阐明，仅凭量子信息可以在多大程度上推导出引力，这可能为完整的量子引力理论提供指引。”

“我们的长期目标是了解并阐明，仅凭量子信息可以在多大程度上推导出引力，这可能为完整的量子引力理论提供指引。”