探索自然界基本方程中可自由调整参数的起源
2026年6月19日——九州大学的一位研究员及其合作者证明,量子引力中的连续参数可能并非理论外部可自由调节的“旋钮”,而是源于理论内部的算符,这支持了阿尔伯特·爱因斯坦一个世纪前关于基本自然法则的主张。
爱因斯坦曾主张,物理的基本方程不包含任何可自由调节的参数。换言之,他认为自然法则不应包含从理论外部选定的任意数值,而这类量应自然地产生于物理过程。
这一思想在寻找量子引力理论(旨在将引力与量子力学统一的理论)中变得尤为重要。物理学家预计,支配量子引力的方程不应包含可自由调节的量,所有参数都应源于物理场。
为了验证这一想法,物理学家常借助共形场论(CFT)——一种描述系统行为在不同长度尺度下基本保持不变的框架。
在一些共形场论中,精确边缘算符是那些可以缓慢调节理论而不破坏其共形属性的算符。这会产生一族平滑相关的理论,称为共形流形,从而引出一个有趣的问题:如果存在共形流形,是否意味着存在精确边缘算符?证明这一点将表明,量子引力中的连续参数并非自由选择的,而是对应于理论内部已存在的算符。
由九州大学高等研究院的Yuya Kusuki副教授、欧洲核子研究组织的Shota Komatsu博士、都灵大学的Marco Meineri博士以及加州理工学院的Hirosi Ooguri教授组成的国际研究团队,现已在一定假设下回答了这一问题。
他们的研究将于2026年6月16日发表在《物理评论快报》期刊上。
“现代物理学的一个关键挑战在于理解自然法则是否包含来自理论外部的可自由调节数值,还是这类量源于理论本身。我们的研究表明,理论中的连续变化可以由理论内部的局域算符生成,”Kusuki解释道。
研究人员通过共形场论入手,随后利用反德西特(AdS)/CFT对应关系(该关系将共形场论与AdS空间中的量子引力理论联系起来),来理解这一结果对量子引力可能意味着什么。
该团队做出了若干假设。首先,他们假设对于共形流形上任意两个密切相关的共形场论,存在一个共形界面——分隔这两种理论的数学边界,当理论相同时该边界变得平凡。其次,他们假设某些相关函数在界面消失时保持平滑。
在这些假设下,研究人员证明,精确边缘算符可以直接从界面的位移算符重建而来,后者描述了界面如何应对微小偏移。
“通过研究这个界面在发生微小位移时的响应,我们构建了一个生成参数变化的算符。通过这种方式,我们找到了看似可自由调节的量的起源,”Kusuki表示。
这些发现表明,在特定假设下,共形场论中的连续参数源于理论内部的局域算符。“通过AdS/CFT对应关系,这些结果支持了量子引力中‘没有可自由选择的外部参数’的预测,并有望引导人们更好地理解量子引力中的基本问题,”Kusuki解释道。
研究团队指出,目前他们的发现仅适用于二维共形场论。未来,他们希望探究这一概念是否适用于更普遍的共形场论情形。


