半个多世纪以来,近代科学一直为乌云笼罩,问题就在于,我们对宇宙的认知,是基于两套不同的理论。一套是爱因斯坦的广义相对论,描述的是宇宙间最庞大的物质,像星球跟星系。但宇宙中最微小的物质,原子跟亚原子粒子,则遵循另一种截然不同的定律,那就是'量子力学'。这两种定律,在各自的领域都准确无疑,但一旦尝试将其合二为一,去探索宇宙的终极奥秘时,灾难降临了。
以宇宙诞生之初,也就是'大爆炸'为例。在那一刻,极小的一点猛烈地爆发,经过140亿年,宇宙不断膨胀,冷却,形成了现在所见的恒星,星系和行星。但如果我们将宇宙诞生胶片倒转,让所有分裂的物质再度聚合,宇宙将一直变小,变热 ,密度变大,我们将回到时间诞生之初。抵达大爆炸那一刻时,宇宙的质量无穷大而体积无穷小,一旦这两套物理定律在此相逢,便会决裂。
从宏观角度描述宇宙时,我们会用爱因斯坦的广义相对论,它描述了引力是如何运作的。广义相对论描绘的宇宙像一张蹦床,一片光滑的结构,重物如恒星和行星可以扭曲和扩张,根据这套理论,这些空间的扭曲让我们感觉到了所谓的引力。就是说,保持地球在绕日轨道运行的引力,只是地球在太阳制造的扭曲和波纹,形成的特殊空间结构上的运动而已。但广义相对论里预言的,平滑而起伏有致的空间,并不是宇宙的全部。要以极微观的角度理解宇宙,我们得用上另一套定律,量子力学。
量子力学描绘的宇宙画卷,与广义相对论的大不相同,甚至被认为二者描绘的是,两个完全不同的宇宙。要了解广义相对论,与量子力学之间的矛盾,我们要变得很小很小。在我们离开庞然大物的世界,来到微观粒子领域时,那幅万物皆可预知的熟悉宇宙图画,将逐渐被一个,结构极不确定的世界取代。
在这里,时间跟空间被扭曲变形,传统概念中的左右、上下,至是时间的前后都不复存在。这个世界里 ,无法确定我是在这里,在那里,还是同时处于两个地方;又或者我来这里之前,已经到了这里。在量子的世界里,没什么是确知无疑的,这是个放荡不羁,难以捉摸的地方。量子世界的定律,与我们习惯的定律截然不同。
这两个都准确的阐述了我们的世界,但为何那个世界与我们的世界表现如此不同。可以这样试想,假设你住的城市,不是被一种交通规则支配,而是遵循两套互相矛盾的规则,你就会看到,情形会多混乱。
如何整合量子力学和广义相对论成为完整一致的理论,是当今物理界面临的最大的难题,谁能解决这个问题,谁就会是下一个爱因斯坦。
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