測(cè)定大壓氣強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置_測(cè)定大壓氣強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置的原理

　　關(guān)注量子科學(xué)探究宇宙奧秘

　　選自nautil.us

　　作者測(cè)定大壓氣強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置：COREY S. POWELL

　　機(jī)器之心編譯出品

　　參與：salmoner，悉小閑，小二，Chen Xiaoqing

　　小櫻，Xuechen，Arphetian，Gabrielle

　　這是最大的問題，這也是最小的問題。

　　目前物理學(xué)家有兩個(gè)獨(dú)立的規(guī)則手冊(cè)來解釋自然界如何運(yùn)轉(zhuǎn)。宏觀的廣義相對(duì)論和微觀的量子力學(xué)。廣義相對(duì)論完美地解釋了引力以及它主宰的所有事情：行星的軌道，星系碰撞以及整個(gè)宇宙膨脹的動(dòng)力。量子力學(xué)掌控其它三種作用力——電磁力和兩種核力。鈾原子發(fā)生衰變，或者單個(gè)光粒子撞到一個(gè)太陽能電池，這是量子理論擅長描述的情況。

　　現(xiàn)在問題來了：相對(duì)論和量子力學(xué)的理論完全不同，擁有不同的公式。這不僅僅是一個(gè)科學(xué)術(shù)語的問題，而是現(xiàn)實(shí)世界的不同描述之間的沖突。

　　物理學(xué)兩個(gè)派別之間的沖突已經(jīng)持續(xù)了超過一個(gè)世紀(jì)——引發(fā)自愛因斯坦發(fā)表在1905年的兩篇論文，一篇概述了相對(duì)論，另一篇引入了量子——但是最近它進(jìn)入一個(gè)有趣的、不可預(yù)知的新階段。兩個(gè)著名的物理學(xué)家已經(jīng)挑明了各自營地上的極端立場(chǎng)，并著手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，看看哪一方能最終獲勝。

　　就像在你屏幕上的圖像的最小的單元是一個(gè)像素，因此可能會(huì)有一個(gè)距離上不可打破的最小的單元：一個(gè)量子的空間。

　　從根本上說，你可以把相對(duì)論和量子系統(tǒng)之間的區(qū)別想象成「平滑」對(duì)「粗糙」。在相對(duì)論中，事件是連續(xù)且確定的，意味著每一個(gè)起因產(chǎn)生一個(gè)特定的、定域的效果。在量子力學(xué)領(lǐng)域，事件產(chǎn)生于亞原子粒子躍遷的相互作用（對(duì)，量子躍遷），是概率事件，而不是確定的結(jié)果。量子定律中允許出現(xiàn)被經(jīng)典物理所禁止的聯(lián)結(jié)。這在近期的一個(gè)備受爭議的實(shí)驗(yàn)中得到了證明，荷蘭研究者挑戰(zhàn)了定域效應(yīng)（local effect)。他們展示了兩種粒子——他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用了電子——能夠立即互相影響，盡管這倆粒子相隔一英里。當(dāng)你試著用粗糙的量子理論去解釋光滑的相對(duì)論，或者反過來，一切都看起來不對(duì)勁。

　　在量子那么小的世界里，使用相對(duì)論得出的結(jié)論是毫無意義的，其對(duì)引力的描述最終會(huì)陷入無窮值。同樣，量子力學(xué)放大到宇宙的維度也會(huì)出現(xiàn)大麻煩。量子場(chǎng)即使在看似空空如也的空間中會(huì)攜帶一定量的能量，且這能量隨著量子場(chǎng)增大而增加。根據(jù)愛因斯坦的理論，能量同質(zhì)量等價(jià)（質(zhì)能方程e=mc^2傳達(dá)的信息），所以累積能量就相當(dāng)于累積質(zhì)量。一旦累積到足夠大，量子場(chǎng)的能量足夠強(qiáng)，就會(huì)生成一個(gè)黑洞，將宇宙包進(jìn)去。啊哦這可不妙。

　　克雷格·霍根(Craig Hogan)是芝加哥大學(xué)一位理論天體物理學(xué)家，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室粒子天體物理學(xué)中心主任，他正在重新闡釋量子力學(xué)來支持一個(gè)新理論，該理論中，空間的量子單元本身足夠大，可以直接對(duì)其進(jìn)行研究。與此同時(shí)，加拿大滑鐵盧Perimeter理論物理研究所創(chuàng)立人之一李·斯莫林(Lee Smolin)，則通過回歸愛因斯坦哲學(xué)思想的根源，并朝著一個(gè)激動(dòng)人心的方向延展，以推動(dòng)整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展。

　　要明白此中的利害攸關(guān)，就回過頭看看先例吧。愛因斯坦揭示了廣義相對(duì)論，不僅僅是取代了艾薩克·牛頓的引力理論，更開啟了一種看待物理學(xué)的新視角，進(jìn)而引出了現(xiàn)代對(duì)大爆炸和黑洞的概念，更別提原子彈和對(duì)你手機(jī)全球定位系統(tǒng)來說至關(guān)重要的時(shí)間校準(zhǔn)了。同樣，量子力學(xué)的意義也不只在于重新修訂了麥克斯韋教科書上電、磁、光的方程式。它為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)、太陽能電池以及現(xiàn)代所有微電子學(xué)提供了概念上的工具。

　　從這場(chǎng)喧囂中浮現(xiàn)出來的，不亞于現(xiàn)代物理學(xué)領(lǐng)域的第三次革命，意味深刻。它會(huì)告訴我們自然界的法則從何而來，宇宙是建立在不確定性之上，還是根本上就是確定的——每件事都同一個(gè)絕對(duì)的原因相聯(lián)系。

　　擁有全息干涉儀的人：費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的理論天體物理學(xué)家克雷格·霍根，建造了一個(gè)裝置，可以測(cè)量他在空間觀測(cè)到的極其細(xì)微的粒子?！肝蚁Ｍ梢杂幸粋€(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能讓人們?cè)诶碚撍季S上有一個(gè)不同關(guān)注方向，」霍根說。芝加哥大學(xué)天文和天體物理學(xué)系。

　　粗糙的宇宙

　　霍根是量子理論的一流研究員，或許也是大家口中所說的燈桿式的物理學(xué)家：相較于在黑暗中抱團(tuán)，他更喜歡將注意力集中在有光亮的地方，因?yàn)樵谀抢锬阕钣锌赡芸吹揭恍┯腥さ氖?。這是他目前研究的指導(dǎo)方針。他注意到相對(duì)論和量子力學(xué)的沖突是發(fā)生在當(dāng)你試圖分析引力在極短距離的行為時(shí)，所以他決定仔細(xì)觀察那里發(fā)生了什么。他說：「我確信某個(gè)實(shí)驗(yàn)可以幫我們來看清這個(gè)過程中發(fā)生的東西，幫我們理解那些現(xiàn)在還不能理解界面的問題?！?/p>

　　愛因斯坦物理理論的一個(gè)基礎(chǔ)假設(shè)——事實(shí)上可以追溯到亞里士多德的假設(shè)——是空間是連續(xù)并且無限可分的，因此任意距離都可以被分到更小的距離。但是霍根質(zhì)疑它的正確性。就像像素是屏幕上一幅畫的最小單元、光子是光的最小單元一樣，他認(rèn)為也許距離也有一個(gè)不可分割的最小單元：一量子的空間。

　　在霍根的設(shè)想中，詢問引力在小于一單塊空間的距離上如何表現(xiàn)是沒有意義的。引力將不可能在設(shè)想的最小尺度上產(chǎn)生作用，因?yàn)槟欠N尺度不會(huì)存在?；蛘邠Q種方式說，廣義相對(duì)論將被迫和量子理論講和，因?yàn)槲锢韺W(xué)家們測(cè)量相對(duì)論作用的空間會(huì)被分割成不可再分的量子單元。引力作用的現(xiàn)實(shí)戲劇將會(huì)在量子舞臺(tái)上表演。

　　全息干涉儀將表明理解空間的基礎(chǔ)量子結(jié)構(gòu)的正確方式（或是剔除錯(cuò)誤的方式）。

　　霍根知道他的概念聽起來有點(diǎn)怪異，甚至是對(duì)他許多量子相關(guān)研究的同事也是有些叛道離經(jīng)。自從60年代后期以來，一群物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家就開始發(fā)展一種叫弦理論的框架來調(diào)和廣義相對(duì)論和量子力學(xué)測(cè)定大壓氣強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置；這些年來，它已經(jīng)演變成默認(rèn)的主流理論，即便它沒能實(shí)現(xiàn)它早先的保證。像塊狀宇宙理論一樣，弦理論也假設(shè)了空間的基礎(chǔ)框架，但是也從此二者分道揚(yáng)鑣。弦理論假想宇宙中所有對(duì)象都是由振動(dòng)弦能量構(gòu)成。像塊狀宇宙一樣，弦理論通過引入宇宙的有限最小的尺度來避開了引力的災(zāi)難，雖然單元弦要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于霍根試圖發(fā)現(xiàn)的空間結(jié)構(gòu)。

　　塊化空間與弦理論的思想并不相合——也不與任何其他推薦的物理模型吻合?！高@是一種新思想，并不存在于課本當(dāng)中。它不是對(duì)任何一種標(biāo)準(zhǔn)理論的預(yù)測(cè)?！够舾岢觯犉饋硪稽c(diǎn)也不在乎，「但現(xiàn)在難道不是沒有任何標(biāo)準(zhǔn)理論的情況？」

　　如果他對(duì)于空間的塊化的判斷是對(duì)的，那會(huì)將許多關(guān)于弦理論的現(xiàn)有方程三振出局，并啟發(fā)重新制定量子領(lǐng)域廣義相對(duì)論的新方法，提出對(duì)于空間與時(shí)間的內(nèi)在本質(zhì)的新的理解途徑。并且很可能最顯著的一點(diǎn)就是加速我們對(duì)于看起來呈現(xiàn)三維的空間實(shí)質(zhì)上是由更多基本的、二維單元所組成的意識(shí)?；舾谩赶袼亍惯@個(gè)詞語來進(jìn)行形象的比喻：就像電視屏幕可以用無數(shù)平面像素創(chuàng)造出一種景深的印象，他指出，空間也是從一系列表征如二維的元素所造就。

　　像許多現(xiàn)今理論物理的邊緣思想一樣，霍根的理論聽起來猶如剛?cè)氪髮W(xué)的新生宿舍里發(fā)生的深夜哲學(xué)漫游一般神游天外。而讓它們看起來獨(dú)具一格的原因是他計(jì)劃將其列入了硬實(shí)驗(yàn)測(cè)試之中，并且就在最近。

　　從2007年開始，霍根就開始思考如何制造一個(gè)可以測(cè)量空間極度細(xì)微粒子的儀器。后來證明，他的同事們已經(jīng)對(duì)此有了許多想法，并最終落于測(cè)量引力波的科技。在兩年內(nèi)，霍根擬定了方案，與合伙人在芝加哥大學(xué)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室工作以及其他機(jī)構(gòu)建立一種組塊監(jiān)測(cè)機(jī)器，他更傾向于稱呼其為「全息干涉儀（holometer）」（這個(gè)名字是一個(gè)圈內(nèi)的雙關(guān)語，指17世紀(jì)的調(diào)查儀器與2-D空間可以以三維形式出現(xiàn)的理論，與全息影像相似）。

　　在它層層復(fù)雜的概念下，全息干涉儀比激光束更加具有技術(shù)感，一面半反射的鏡子將激光分成兩個(gè)垂直波束，另有兩面鏡子沿著一對(duì)40米長的通道反射這些光束。光束需要被校正以確定兩面鏡子的精確位置。如果空間是塊化的，兩面鏡子的位置將會(huì)永遠(yuǎn)在不停移動(dòng)（準(zhǔn)確地說，是空間自己在不停移動(dòng)），并對(duì)他們的分離造成一個(gè)持續(xù)隨機(jī)的變量。當(dāng)兩束光重新結(jié)合在一起時(shí)，它們會(huì)稍微的不同步，而這個(gè)差異量將能解釋宇宙組塊的尺度。

　　為了確定塊化規(guī)模大小，霍根需要測(cè)量精度在10^-18米的距離，其大約為一個(gè)氫原子的一億分之一大小，并且在每秒一億個(gè)讀數(shù)的速率下收集數(shù)據(jù)。令人驚訝的是，這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅是可能的，而且也是可行的。「我們能夠在低成本的前提下做到，這是源于我們?cè)诠怆娮?、配件以及快速電子產(chǎn)品等研究上的進(jìn)步。」全息干涉儀計(jì)劃目前正在運(yùn)行中，以目標(biāo)精確度收集著數(shù)據(jù)。霍根希望在今年底獲得一個(gè)初步數(shù)據(jù)情況。

　　霍根的理論有眾多激烈的質(zhì)疑者，其中包括許多理論物理學(xué)家。這種反對(duì)之聲其實(shí)很好理解：全息干涉儀的成功，將意味對(duì)弦理論中很大一部分工作的否定。然而，盡管存在這些貌似有力的質(zhì)疑和反對(duì)，霍根和他的同事們對(duì)自己的信念充滿信心。廣義上來講他們認(rèn)為「廣義相對(duì)論將會(huì)最終服從量子理論」。因?yàn)榱硗馊齻€(gè)物理理論都服從量子定律，所以有理由認(rèn)為，引力理論也當(dāng)然會(huì)。

　　在現(xiàn)在多數(shù)的理論物理學(xué)家心中，量子理論的主導(dǎo)地位，仍然是不可撼動(dòng)的。在哲學(xué)的、認(rèn)識(shí)論的層面，他們相信，用于描述大尺寸物體規(guī)律的經(jīng)典物理學(xué)只是一種幻覺，是從描述極小粒子的、更「正確」的量子理論中抽取的一種近似。而塊化空間的理論，當(dāng)然是與這種世界觀相符的。

　　霍根把他的工作，類比為19世紀(jì)著名的邁克爾孫-莫雷實(shí)驗(yàn)。那是一個(gè)為了尋找以太的實(shí)驗(yàn)，在那個(gè)時(shí)代的理論中，以太是一種在用來在真空中傳播光線的假象物質(zhì)。然而實(shí)驗(yàn)沒有找到以太。那令人困惑的結(jié)果，使愛因斯坦發(fā)明了他的狹義相對(duì)論，而后進(jìn)一步催生了廣義相對(duì)論，最終顛覆了整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)。除了同樣具有里程碑式的意義以外，在實(shí)驗(yàn)裝置上，霍根所用的設(shè)計(jì)，與邁克爾孫-莫雷實(shí)驗(yàn)中測(cè)量空間結(jié)構(gòu)所用的是反射鏡和分光技術(shù)，也十分類似。

　　「我們正是用那種精神來進(jìn)行全息干涉儀的研究的。如果我們發(fā)現(xiàn)了一些東西，或者什么都沒發(fā)現(xiàn)，不管哪種情況，都會(huì)很有幫助。我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的，只是要看看能不能發(fā)現(xiàn)一些證據(jù)來支持我們的理論」，霍根說，「你還可以從同事們對(duì)這個(gè)想法的反應(yīng)中，看出他們的思維方式。這里是一個(gè)習(xí)慣于數(shù)學(xué)式思維的地方，我希望能有一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來促使人們用另一種方式來進(jìn)行理論思考?！?/p>

　　不管能否發(fā)現(xiàn)宇宙的量子結(jié)構(gòu)，霍根相信，全息干涉儀能幫助物理學(xué)家更好的處理「大與小的調(diào)和」這個(gè)問題。它可能會(huì)指出正確的方向(也可能指出哪些方向是錯(cuò)誤的)，來幫助人們?cè)诶斫饪臻g的基本量子結(jié)構(gòu)，以及在這種結(jié)構(gòu)中流動(dòng)的引力的所遵循的相對(duì)論定律。

　　黑洞，是唯一一個(gè)必須同時(shí)考慮量子力學(xué)與廣義相對(duì)論的研究對(duì)象。一位藝術(shù)家用他的眼光向我們展示了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的邊緣，它位于活躍的銀河中心，半人馬座的南方星群中。在智利的歐洲南方天文臺(tái)的觀測(cè)中，清楚的看到到了黑洞周圍熾熱的圓環(huán)形塵埃，以及位于兩極地區(qū)的一團(tuán)冷物質(zhì)。來源：ESO/M. Kornmesser

　　一場(chǎng)非常非常精彩的表演

　　如果你想從一個(gè)完全不同的角度來看待的話，Primeter理論物理研究所的斯莫林會(huì)滿足你。當(dāng)霍根在他的理論上優(yōu)雅前行的時(shí)候，斯莫林卻成為了那個(gè)瘋狂的擋路人：「理查德.費(fèi)曼在我還是一名博士生的時(shí)候告訴了我一件事。他大致上是這么說，『如果你的同僚們嘗試去證明了一件事是否正確，或許就是因?yàn)檫@件事本質(zhì)上是錯(cuò)的?！缓冒?，我們看到了弦理論在過去的四五十年內(nèi)似乎沒有太大的進(jìn)展。」

　　而且這還只是一切分歧的開始。斯莫林認(rèn)為這個(gè)物理的狹窄的領(lǐng)域從一開始就注定了不可能完備的命運(yùn)。當(dāng)今版本的量子理論對(duì)于解釋單個(gè)粒子或者小規(guī)模的粒子系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)非常有效，但是它無法對(duì)于宇宙的粒子運(yùn)動(dòng)作出統(tǒng)一的，有說服力的解釋。這些定理無法解釋為什么現(xiàn)實(shí)是這個(gè)樣子，而不是一些別的東西。用斯莫林的話來說，量子力學(xué)其實(shí)只不過是「一個(gè)宇宙子系統(tǒng)的理論?！?/p>

　　如果你感覺過自己有想推動(dòng)一件偉大的事情，相信這個(gè)物理領(lǐng)域會(huì)滿足你。

　　斯莫林自己則提出了一個(gè)更加有成效的路子：將宇宙想做一個(gè)簡單的，龐大的系統(tǒng)，然后開發(fā)出一個(gè)可以對(duì)整體做出合理解釋的理論體系。而且其實(shí)我們已經(jīng)有了這個(gè)方法的框架：廣義相對(duì)論。和量子體系不同，廣義相對(duì)論不允許外部觀測(cè)或者外部單個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間體系的存在，因?yàn)椤竿獠俊惯@個(gè)概念壓根就不存在。所有的被描述的相對(duì)的情況都是存在于物體之間和空間不同的地方。哪怕是慣性這樣的基礎(chǔ)定理（舉個(gè)例子，就是試圖剎車關(guān)閉引擎的時(shí)候，直到你松開變速器他都會(huì)有繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)）也會(huì)被認(rèn)為和宇宙間所有其他的粒子的引力場(chǎng)聯(lián)系起來的。

　　最后一個(gè)定理說實(shí)話實(shí)在是很奇怪，所以我們停在這里多思考一下。想像一個(gè)這樣一個(gè)問題（它和在1907年引導(dǎo)愛因斯坦達(dá)成這個(gè)想法的問題的緊密相關(guān)）：想象宇宙中什么都沒有，只剩下兩個(gè)宇航員，一個(gè)在旋轉(zhuǎn)，一個(gè)在靜止。旋轉(zhuǎn)的那個(gè)會(huì)感到暈眩，在宇宙里做車輪式運(yùn)動(dòng)。但是哪一個(gè)是在旋轉(zhuǎn)的？從任何一個(gè)的角度看，另一個(gè)都是在旋轉(zhuǎn)的。愛因斯坦強(qiáng)調(diào)，在沒有任何外界參考系的情況下，沒辦法說哪一個(gè)是正確的，并且也沒有理由一個(gè)人會(huì)感受到不同于另一個(gè)人的體驗(yàn)。

　　只有當(dāng)你重新引入了宇宙的其余部分，兩名航天員之間的區(qū)別才會(huì)變得有意義。按照廣義相對(duì)論的經(jīng)典解釋，慣性存在，并且只能以整個(gè)宇宙的引力場(chǎng)為背景來測(cè)量它。認(rèn)為這一思想問題為真的同樣認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界中的每一個(gè)物體為真：每一部分與其他部分的行為之間有著千絲萬縷的關(guān)系。如果曾經(jīng)你想成為整體的一部分，好了，物理學(xué)是最佳選擇。這也是斯莫林的觀點(diǎn)：它也是一個(gè)有希望的方式，它能獲取在所有尺度上有關(guān)大自然如何真正起作用的更大的答案。

　　「廣義相對(duì)論不是子系統(tǒng)的描述。它認(rèn)為整個(gè)宇宙為一個(gè)封閉的系統(tǒng)?！顾f。因此，當(dāng)物理學(xué)家試圖解決相對(duì)論和量子力學(xué)之間沖突的時(shí)候，讓他們遵循愛因斯坦的引導(dǎo)并盡最大可能走下去似乎是一個(gè)明智的策略。

　　斯莫林敏銳地意識(shí)到，他正在反對(duì)當(dāng)時(shí)流行的小尺度、量子式的思維方法。 「我并不想挑起事端，它只是一種發(fā)生的方式。我的角色是想清楚這些困難的問題，把我的結(jié)論擺在那里，并讓塵埃落定，」他親切地說。 「我希望人們能夠參與討論，但我真的希望，討論能導(dǎo)出可檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)?！?/p>

　　乍一看，斯莫林的想法聽起來像一個(gè)具體試驗(yàn)的強(qiáng)大的起點(diǎn)。他說，就像所有宇宙的部分都跨越空間相連，但是它們也可以跨越時(shí)間聯(lián)系。他的論點(diǎn)使他推測(cè)，物理定律會(huì)隨宇宙的歷史而進(jìn)化。多年來，他制定了這如何可能發(fā)生的兩份詳細(xì)建議。他最終定型于20世紀(jì)90年代的宇宙自然選擇學(xué)說，設(shè)想黑洞作為宇宙蛋將孵化新的宇宙。最近，他提出有關(guān)量子力學(xué)規(guī)律出現(xiàn)的挑釁假設(shè)，并稱之為優(yōu)先原則，而這一次似乎更容易面臨考驗(yàn)。

　　斯莫林的優(yōu)先原則為這一問題提供了一個(gè)答案：為什么物理現(xiàn)象是可重復(fù)的。如果你執(zhí)行了之前已經(jīng)進(jìn)行的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，你期望結(jié)果會(huì)像過去一樣。 （點(diǎn)燃一根火柴，它噴出了火焰，以同樣的方式點(diǎn)燃另一根火柴，然后……你懂得。）重復(fù)是生活中人們熟悉的一部分，如此熟悉以至于我們熟視無睹。我們簡單地將一致的結(jié)果歸因于任何時(shí)候都以同樣方式起作用的自然法則。斯莫林推測(cè)，這些法則實(shí)際上可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)，就像量子系統(tǒng)中復(fù)制過去的類似系統(tǒng)的行為。

　　捕捉這個(gè)行為的發(fā)生的一個(gè)可能方式是通過運(yùn)行以前從來沒有做過的實(shí)驗(yàn)，由于不存在任何以往的版本（即沒有先例）就不會(huì)有復(fù)制。這樣的實(shí)驗(yàn)可能涉及創(chuàng)建一個(gè)高度復(fù)雜的量子系統(tǒng)，包含存在于一種新型的糾纏態(tài)之中的許多組件。如果優(yōu)先原則是正確的，該系統(tǒng)的初始響應(yīng)將完全是隨機(jī)的。但是，從理論上講，隨著實(shí)驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)行，優(yōu)先級(jí)會(huì)建立起來，響應(yīng)也變?yōu)榭深A(yù)測(cè)的。斯莫林承認(rèn)： 「區(qū)分一個(gè)宇宙正在建立的系統(tǒng)與系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)實(shí)踐所產(chǎn)生的噪音是困難的，但它不是不可能的?！?/p>

　　雖然優(yōu)先性能在原子層面展開，它的影響將會(huì)是系統(tǒng)層面——也就是宇宙層面的。它回溯到斯莫林的這個(gè)觀點(diǎn)：小尺度的、還原論的思維方式看來是解決這個(gè)龐大謎團(tuán)的錯(cuò)誤方式。聯(lián)立兩派物理理論固然是重要的，但是還不夠。他想知道的——我們都想知道的——是為什么宇宙是現(xiàn)在這個(gè)樣子。為什么時(shí)間向前流動(dòng)而不是向后流動(dòng)？我們?cè)趺醋兂闪爽F(xiàn)在的樣子，在這個(gè)宇宙，受這些法則約束——而不是其他的情形？

　　對(duì)這些問題缺乏一個(gè)有意義的答案揭示了「我們對(duì)量子場(chǎng)理論的理解有著重大的錯(cuò)誤」，斯莫林說到。像霍根一樣，相對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他更關(guān)心尋找基礎(chǔ)真理的計(jì)劃。對(duì)斯莫林來說，這意味著能對(duì)宇宙做出完整連貫的描述測(cè)定大壓氣強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置；這意味著能夠預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，并且也能解釋創(chuàng)造出原子、行星、彩虹和人類的特性。他在此再次從Einstein那里吸取到了靈感。

　　斯莫林說：「廣義相對(duì)論屢屢向我們宣告關(guān)系主義（relationalism)的勝利?！拱延钪婵醋饕粋€(gè)整體是獲得「大」答案的最可能的方式。

　　而最終的贏家是……

　　如果你想在大小之爭中選出一個(gè)裁判，不會(huì)有比Sean Carroll更好的人選。他是加州理工的宇宙學(xué)、場(chǎng)理論和引力物理學(xué)的專家。他對(duì)相對(duì)論和量子力學(xué)都很熟悉，而且他對(duì)荒謬有一個(gè)健康的心態(tài)：他管自己的個(gè)人博客叫荒謬宇宙（Preposterous Universe）。

　　Carroll毫不猶豫的支持量子理論。他說：「這場(chǎng)游戲中的大多數(shù)人相信量子力學(xué)比相對(duì)論更為基礎(chǔ)?！惯@一理論的深入人心是從19世紀(jì)20年代以來就開始的。期間愛因斯坦屢次嘗試挑戰(zhàn)這反人類直覺的量子理論卻屢屢無功而返。最近荷蘭的實(shí)驗(yàn)證明了兩個(gè)遠(yuǎn)間隔的粒子間的瞬時(shí)量子聯(lián)結(jié)（愛因斯坦戲稱為「幽靈般的遠(yuǎn)距離作用」的那種事件），它只是強(qiáng)調(diào)了證據(jù)的重要性。

　　不管理論怎樣收尾，著眼大型物體運(yùn)作的規(guī)律都無疑是是重要的，因?yàn)楫吘刮覀兩钤谶@樣的宏觀世界里。

　　從一個(gè)更寬廣的角色來看，Carroll解釋說，真正的爭論不在于廣義相對(duì)論和量子場(chǎng)理論，而在于經(jīng)典動(dòng)力學(xué)和量子動(dòng)力學(xué)。相對(duì)論雖然看起來怪異，但是它處理因果關(guān)系的方式卻很經(jīng)典；而量子力學(xué)顯然不是。Einstein很樂觀的認(rèn)為，某些更基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)能夠揭示隱藏在量子力學(xué)之下的經(jīng)典的、決定論式的現(xiàn)實(shí)。但是至今沒有發(fā)現(xiàn)這種秩序。對(duì)遠(yuǎn)距離幽靈作用已證實(shí)的現(xiàn)實(shí)說明這種秩序并不存在。

　　Carroll說：「總之，人們并沒有充分欣賞到量子力學(xué)的神奇，那就是它完全背棄了我們關(guān)于空間和局域性（locality：一個(gè)物理事件只能對(duì)它的相關(guān)環(huán)境作用的觀念）的理念。在量子力學(xué)里完全沒有這些東西。」它們可能是從微觀現(xiàn)象中浮現(xiàn)出來的宏觀表象，像霍根對(duì)三維現(xiàn)實(shí)從二維量子單元空間中浮現(xiàn)的論述一樣。

　　盡管表面上表示認(rèn)同，但Carroll認(rèn)為霍根的全息干涉儀是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的賭注，雖然他承認(rèn)這不是他的研究領(lǐng)域。另一方面，他對(duì)斯莫林以空間為基礎(chǔ)出發(fā)的努力卻并不是很欣賞；他認(rèn)為這個(gè)觀念就和試著證明空氣比原子更基礎(chǔ)一樣荒謬。至于哪種量子系統(tǒng)可能會(huì)將物理學(xué)帶入下個(gè)層次，Carroll對(duì)弦理論保持著樂觀態(tài)度，他對(duì)其評(píng)論道：「看上去是量子場(chǎng)理論極其自然的延伸?！箤?duì)現(xiàn)代物理學(xué)中的主流的量子基礎(chǔ)思維來說，他的表述都是正確的。

　　然而Carroll的裁定雖然幾乎全然是支持量子理論的，卻不純粹是對(duì)微觀思維的支持。在量子理論可以解釋的對(duì)象中還有巨大缺口。他說：「我們沒有能力想出量子力學(xué)的正確版本，這讓人尷尬，而且我們目前思考量子力學(xué)的方式在涉及到宇宙學(xué)或是整個(gè)宇宙時(shí)完全是個(gè)失敗。我們甚至不知道時(shí)間是什么?！够舾窈退鼓侄纪膺@種情緒，雖然他們不贊同他的應(yīng)對(duì)措施。Carrol鐘愛一種自下而上的解釋——時(shí)間從從小尺度的量子交互作用中浮現(xiàn),但是他同時(shí)宣稱對(duì)斯莫林的時(shí)間是更為普遍和基礎(chǔ)的觀點(diǎn)，自己是「徹底的不可知論者」。因此，在時(shí)間的案例之中，陪審團(tuán)還未入席。

　　不管理論怎樣收尾，著眼宏觀物體運(yùn)作都將是極為重要的，因?yàn)槲覀兩钤谶@樣宏觀的世界。在本質(zhì)上，將宇宙視為整體就是答案，對(duì)于物理學(xué)家來說，挑戰(zhàn)在于用方程去表達(dá)它。即便霍根是正確的，他的宇宙粗糙理論也必須顯效為我們每天體驗(yàn)到的平滑現(xiàn)實(shí)。即便斯莫林是錯(cuò)誤的，仍有一整個(gè)擁有各種特性的宇宙需要被解釋——這是量子物理學(xué)單獨(dú)難以做的，至少現(xiàn)在做不到。

　　通過不斷推進(jìn)我們已知的范圍，霍根和斯莫林正促進(jìn)物理領(lǐng)域達(dá)成這種聯(lián)結(jié)。他們不僅向量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的調(diào)和方向努力，而且也在推動(dòng)觀念和知覺的調(diào)解。下一個(gè)偉大的物理理論無疑將帶來漂亮的新數(shù)學(xué)和不可思議的新技術(shù)。但是它最好的成果將在于能創(chuàng)造出聯(lián)結(jié)到我們這些將自己定義為宇宙基本尺度的創(chuàng)造物（觀察者）自身的深層內(nèi)涵。（來源：機(jī)器之心）

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