
至今無人能完全解釋引力的本質。牛頓發現,即使相距遙遠,物體之間似乎也存在著相互吸引的現象。基於這個觀察,他建立了一個數學公式,能夠以驚人的精度預測行星的運動。愛因斯坦在此基礎上進行了改進,他指出,大質量物體通過彎曲周圍的空間來吸引小質量物體——就像保齡球會使蹦床表面變形,從而吸引彈珠滾向它一樣——並在此基礎上構建了廣義相對論,該理論被證明更加精妙,預測能力也更強。

但這並非完美無缺。愛因斯坦的理論認為宇宙正在膨脹,每個物體都在遠離其他物體,哈伯太空望遠鏡的觀測證實了這一點。然而,要使這個理論成立,需要一個更複雜的結論:如果所有物體都在隨著時間的推移而遠離彼此,那麼在某個時刻,宇宙中的所有物體必然都曾聚集到同一個點上。
這個問題困擾了理論學家近一個世紀:愛因斯坦根據他的廣義相對論建構了幾個具體的數學公式,這些公式幾乎能準確地描述一切——唯獨宇宙起源本身是個例外。當數學家反向推導,試圖將宇宙還原到大爆炸之前的狀態時,數學計算會得到無限小且密度無限大的結果。這種「奇點」通常表示方程式中存在問題。 「物理學家不喜歡無窮大,因為它意味著一個不太符合物理規律的解,」印第安納大學的引力理論家尼科德姆·波普拉夫斯基說。但今年夏天,兩位物理學家或許已經找到了讓愛因斯坦的宇宙恢復秩序的方法。

牛津大學的天文物理學家馬克西莫·巴尼亞多斯和佩德羅·費雷拉用修正後的玻恩-英費爾德作用量(描述電磁力)取代了愛因斯坦-希爾伯特作用量(廣義相對論所有其他方程式的推導基礎)。在玻恩-英費爾德條件下,費雷拉和巴尼亞多斯能夠在正常情況下重現愛因斯坦引力,這些結果也與科學家觀測到的宇宙起源條件相符。
根據費雷拉和巴尼亞斯的說法,引力不足以將宇宙的質量壓縮成一個無限緻密的點,但根據他們對引力的限制,引力可以將宇宙壓縮成一個極小的球。
那個球體或許並非源自某一點,而是持續過程中密度最高的部分。在這個過程中,先前的宇宙坍縮,在密度極限處“反彈”,然後再次膨脹,最終形成了我們現在的宇宙。或者,宇宙在最初的膨脹之後可能停滯了一段時間,然後才像今天這樣繼續膨脹。費雷拉表示,未來對早期宇宙遺留的引力波的分析或許能驗證這項研究。 “愛因斯坦的理論更簡單,”他承認,“但有時候,最簡單的想法並非最佳方案。”
「這是增進我們對重力理解的重要一步,」波普拉夫斯基說。但就目前而言,該理論的發展程度並未及其他取代愛因斯坦引力理論的理論。例如,高維引力、帶有額外曲率項的引力,以及與「變色龍場」耦合的引力——這種「變色龍場」使得引力在物質附近和真空中的強度有所不同。近期湧現出如此多的理論,或許預示著該領域即將迎來突破。事實上,阿姆斯特丹大學的艾瑞克‧弗林德認為,重力根本不是一種力,而是一種「湧現狀態」。正如他7月份接受《紐約時報》採訪時所說:“對我而言,引力並不存在。”