自然界的四個(gè)基本力：電磁力、弱力、強(qiáng)力和引力，前三者成功地與量子理論相結(jié)合，但是引力與量子理論的結(jié)合特別困難。盡管愛因斯坦的廣義相對(duì)論把引力描述為時(shí)空的曲率，解釋了大量的引力現(xiàn)象，但它在最微小的體積內(nèi)就失效了。在過(guò)去的80年里，一個(gè)又一個(gè)的專家，包括愛因斯坦，都未能將量子理論與引力統(tǒng)一起來(lái)。那么，引力真的是一種量子力嗎？

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的研究人員現(xiàn)在提出了一項(xiàng)可能有助于解決這個(gè)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)利用了量子理論中兩個(gè)最奇怪的特性。

第一個(gè)特性是疊加原理，該原理認(rèn)為，一個(gè)未受擾動(dòng)的原子粒子可以被描述為一種波，具有同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方的某種可能性。例如，一個(gè)未受干擾的原子穿過(guò)一個(gè)有兩個(gè)狹縫的區(qū)域時(shí)，不是通過(guò)其中一個(gè)狹縫，而是同時(shí)通過(guò)兩個(gè)狹縫。

第二個(gè)奇怪的量子特性被稱為糾纏，兩個(gè)粒子可以如此緊密地聯(lián)系在一起，以至于它們的行為像一個(gè)單一的實(shí)體。測(cè)量其中一種粒子的特性會(huì)自動(dòng)迫使另一種粒子具有互補(bǔ)的特性，即使這兩種粒子位于星系之間。

在量子引力理論中，兩個(gè)大質(zhì)量物體之間的萬(wàn)有引力通過(guò)一個(gè)假設(shè)的亞原子粒子——引力子進(jìn)行交流，就像兩個(gè)帶電粒子之間的電磁相互作用通過(guò)光子進(jìn)行交流一樣。因此，如果引力子真的存在，它應(yīng)該具有連接或糾纏兩個(gè)大質(zhì)量物體的特性，就像光子一樣。

該實(shí)驗(yàn)將使用被困在原子干涉儀內(nèi)的冷原子云。干涉儀有兩個(gè)臂——左臂和右臂。根據(jù)疊加原理，如果云中的每個(gè)原子都處于純凈的、不受干擾的量子態(tài)，則可以描述為同時(shí)占據(jù)雙臂的波。當(dāng)波的兩個(gè)部分重新組合時(shí)，它們將產(chǎn)生一種干涉圖案，顯示由于引力等作用力而導(dǎo)致的路徑變化。

在干涉儀外面引入一個(gè)小的、最初靜止的物體，像一個(gè)單擺一樣懸掛著。懸掛的質(zhì)量和內(nèi)部的原子受到引力的相互吸引，如果引力也會(huì)產(chǎn)生糾纏，那會(huì)是什么樣子？

懸掛的質(zhì)量將與原子的特定位置相關(guān)，要么是干涉儀的右臂，要么是左臂。結(jié)果，物體會(huì)開始向左或向右擺動(dòng)。如果原子位于左邊，單擺就會(huì)開始向左擺動(dòng)；如果原子位于右邊，單擺就會(huì)開始向右邊擺動(dòng)。引力使原子在干涉儀中的位置與單擺開始擺動(dòng)的方向糾纏在一起。位置糾纏意味著擺已經(jīng)有效地測(cè)量了原子的位置，將它精確地定位到干涉儀中的一個(gè)特定位置。由于原子不再同時(shí)處于兩臂的疊加狀態(tài)，干涉圖樣就會(huì)消失或減小。

當(dāng)擺回到開始的位置時(shí)，擺同樣可能會(huì)為原子在左臂或右臂上找到一個(gè)位置。在那一刻，質(zhì)量和原子之間的糾纏被消除，原子干涉圖樣重新出現(xiàn)。科學(xué)家們說(shuō)，這種干擾的崩潰和恢復(fù)將是糾纏的“確鑿證據(jù)”。

雖然理想的實(shí)驗(yàn)可能需要十年或更長(zhǎng)的時(shí)間才能建成，但初步版本可能在幾年內(nèi)就能完成。科學(xué)家指出，必須考慮量子糾纏的非引力源，這需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)和測(cè)量來(lái)排除。