一个被主流物理圈边缘了几十年的冷门方向——纯几何视角下的电磁力,终于有了答案!
爱因斯坦一生最后三十年几乎都在研究统一场论。他不满意量子力学的“概率性”,也不满足于广义相对论只处理引力。他想把电磁力和引力放进一个几何框架,统统作为时空本身的表现。
他失败了。

但现在,有三位芬兰学者——Andras Kovacs、Jussi Lindgren 和 Jukka Liukkonen——声称,他们可能完成了这个夙愿。他们提出了一个几何化的电磁场理论,把麦克斯韦方程推广成非线性形式,把电荷解释为“时空的局部压缩”,把洛伦兹力解释为粒子在弯曲几何中的测地线运动。

简而言之,电磁场,不再是附加在时空上的“外物”,而是时空本身的几何涟漪。
这不是第一次有人这样想。早在1918年,德国数学家Weyl就提出过一个更一般的几何框架——Weyl几何,试图将长度变为时空的局部属性。爱因斯坦当年批评这个理论不符合经验,但他没有完全否定几何统一的方向。
这一次,芬兰学者回过头来重拾Weyl几何,加上他们自己此前关于“最优度量”与泛函变分的研究,发现旧理论中藏着一把钥匙。他们推导出一组新的、非线性的场方程,其中麦克斯韦方程只是一个线性极限情形。
更关键的是,他们发现所谓“电荷”,其实是时空压缩的数学表现。不是孤立存在的“点粒子”,而是几何结构的发散或者汇聚。
这等于把“电”重新还原为“几何”——是爱因斯坦曾经想干却没成功的事。
而他们还顺带解释了一个非常诡异的量子效应:阿哈罗诺夫-玻姆效应。这个效应指的是,在电磁场强度为零的区域,电势依然可以对粒子造成相位影响。在传统经典电磁学中,这种行为无法解释。
但在他们的模型中,这种“无场有势”的现象是自然结果,因为四维电势本身就是度量张量的一部分,是几何的一部分。只要时空结构有偏转,即便场强为零,粒子运动的路径(测地线)也会被改变。
再说一遍,这不是量子场论做出的预测,是纯粹从几何方程推导出来的。
理论中还有一个更激进的推论:在普朗克尺度下,度量张量的涨落会导致随机的电磁场涨落,也就意味着电荷会在真空中自发地产生与湮灭。
这是他们方程的直接后果:电荷是时空压缩产生的,那么度量的涨落自然会产生瞬时的“虚电荷”。这和量子电动力学的真空涨落现象,在数学形式上高度一致,但它的起点是几何,而不是场论。
整个理论的核心逻辑,是“度量优选原则”。他们采用变分法,寻找在某种泛函下“最优”的度量张量。这个过程引出了新的场方程,进而推出所有电磁现象。
而这个几何泛函是一种美学取向的选择:他们选择了一个具有“调和性”的泛函,让最优度量在几何意义上是“最平滑”的。
这也许正是爱因斯坦时代缺少的东西。他的统一场方程太复杂,缺乏收敛原则。而这个新理论通过“最优化”找到了一组结构稳定的非线性麦克斯韦方程。
当然,这一切还需要实验验证。比如在超高精度干涉实验中,是否能探测到非线性麦克斯韦项导致的偏差?在普朗克尺度下,是否能观测到虚电荷涨落?
也许短期内,这只是一个理论物理内部的回响。
但在理论物理百年沉淀之后,突然冒出这么一套几何化的“新麦克斯韦”,不能说没分量。
尤其在当下,弦论进展受阻,圈引力尚未成型,AI还无法自动发现新物理的节点上,一套从变分原理出发,纯粹几何推导、无须额外维度、无须规范群的理论,反倒显得简洁有力。