引力子物理探索研究展现科学的魅力（开卷知新）

　　许多人了解引力的概念是通过牛顿的万有引力定律。从传说中砸中牛顿的苹果到天上飘落的雨滴，引力无处不在；从牛顿力学到爱因斯坦相对论再到弦理论，数百年来科学家对引力与引力子的探索从未间断。引力子研究是物理学的终极问题之一，有人甚至把引力子视作粒子物理学的最后一块拼图，如果能证实引力子的存在，将是当代物理学乃至整个科学领域的重大突破。

　　前不久，我所在的科研团队一项最新研究成果在《自然》杂志发表，引发社会关注。我们通过自主设计的实验设备，首次观察到引力子在凝聚态物质中的“投影”，这标志着自20世纪30年代引力子概念提出以来，世界范围内首次在真实系统中发现具有引力子特征的准粒子。在引力子物理的探索道路上，我们朝前迈出了重要一步。

　　引力子研究对实现广义相对论和量子力学的统一殊为关键

　　很长时间以来，物理学家一直追求一种大一统理论，希望用它来解释自然界的所有物理现象。虽然这个目标尚未达成，但这一追求不断推动着物理学的发展，并且深刻影响了科技进步，引发了多次科技革命。例如，牛顿提出的万有引力，统一了地球上的物体和天体的运动规律，并构建了牛顿力学，这直接催生了第一次工业革命；电动力学的研究成功地统一了电与磁的概念，催生了第二次工业革命。而今，广义相对论和量子力学在现代物理学中占据要位，分别成功地应用于宏观和微观世界。这两大理论目前还未能实现统一，科学家们在朝着这个目标努力，期待二者的统一能像历史上每一次重大科学突破那样，引领新一轮科技革命。

　　广义相对论作为目前最为成功的引力理论，指出引力的本质不是物体间的吸引力，而是时空弯曲的一种几何效应。这一理论解释了宇宙中的绝大多数宏观现象，并预言了引力波的存在。想象一下，重球会让紧绷的床单形成凹陷，如果你轻轻地推一个小球过去，它会朝着那个凹陷滚动。在这里，床单类似于物理学中的“度规”（用来描述时空形状的概念），而引力波就是一种源自时空度规波动的现象。近年来，随着“中国天眼”（FAST）和激光干涉引力波天文台（LIGO）等国内外大科学装置多次观测到引力波的相关信号，广义相对论中关于引力是时空几何效应的观念已被广泛认可。

　　量子力学则在描述微观世界如原子和亚原子尺度的物理规律方面，取得了巨大成功。自量子力学确立以来，物理学家已经将已知的四种基本作用力中的三种——强相互作用力、弱相互作用力和电磁力——成功地统一到量子力学的理论框架内。然而，引力仍未被纳入这一框架中。类似于光子是电磁波在量子世界中的表现，科学家推测引力波在量子世界中的粒子是引力子。物理学家一直试图通过引力子这一概念，将引力融入量子力学的体系，从而实现四种基本作用力的完全统一，也即广义相对论与量子力学的统一。

　　引力子研究凭借其在物理学中的重要性，引起广泛而强烈的学术关注。然而，宇宙中的引力子信号很难探测，难度远超引力波。有物理学家指出，即使利用与地球质量相当的理想探测器，也可能需要超过10亿年才会探测到一个来自太阳的引力子。到目前为止，尚未有引力子的实验证据被报道，引力子物理的研究主要还是停留在理论上。

　　凝聚态系统中的引力子激发具有和引力子类似的特性