生活在時空都不真實的宇宙中:《萬物的終結》選摘(5)

2025-03-08 05:10
「在時空的邊界開闢新路,探索宇宙最深層的真相。」(圖/取自NASA)
「在時空的邊界開闢新路,探索宇宙最深層的真相。」(圖/取自NASA)

我最近看到一張黑白老照片,是諾貝爾獎得主兼量子力學先驅狄拉克(PaulDirac)站在普林斯頓高等研究院的操場上,肩上扛著一把斧頭的照片。從1930年代到1970 年代,他多次到該研究所擔任訪問學者,他經常在研究所後面的樹林裡漫步,並在林中為常駐理論家開闢新的道路,讓他們可以漫步,談論和思考現實的本質。帶領我走過這些泥濘小路的嚮導,是阿卡尼─哈米德(NimaArkani-Hamed),感覺他很適合擔任這個角色,因為這位理論家也決心要對我們目前對量子力學的理解,以及整個時空本身的概念來個大刀闊斧。

阿卡尼─哈米德一直在研究使用全新框架計算粒子之間相互作用的方法,從一種嚴格來說不包括空間和時間的抽象數學系統開始。這項研究仍處於早期階段,到目前為止較適用於某些理想化的系統而不是實驗結果。但如果成功的話,其影響將是極度令人振奮的。「我們目前看到的只是兒童、嬰兒、超級小兒科等級的練習範例,對嗎?對目前的成果,你想在它之前加上再多的指小詞(diminutives)都合理,我完全能理解,」他告訴我,「但無論如何,已經開始出現一兩個在實際物理系統,與我們在現實世界中看到的相距不遠,而且我們也可以弄清楚如何在沒有時空或量子力學的情況下描述它們。」我告訴他,我正在努力理解生活在一個空間和時間都不真實的宇宙中意味著什麼。他笑了。「彼此彼此。」

在你把這個想法當成古怪理論家的高談闊論之前,我應該指出,阿卡尼─哈米德並不是唯一一個這麼說的人。「你一定聽過很多人這麼說了,」幾個月後,強生漫不經心地對我說,「但我認為我們真正更加意識到的,是我們長期以來在弦理論中所說的一件事,那就是時空不是基本的。」噢,對了。那個小細節,當然了。

強生對這個問題的處理方式有點不同。量子重力理論中有一些有趣的暗示,顯示小尺度和大尺度的物理之間存在意想不到的聯繫,而這些聯繫在我們通常對時空如何運作的思考中是不合理的。一個簡化的解釋可能是,如果你想像在一個半徑為R 的假設空間中進行實驗,那麼該實驗的結果將看起來與在小上許多的空間中進行相同實驗的結果完全相同,而小空間的半徑相當於1 除以R。在弦理論中這叫做T 對偶(T-duality),這麼奇怪的巧合,就好像是在說它一定藏著某些深層意義。「如果你問人們這個問題,」強生說,「他們給出的答案是,從某種意義上說這些都不是真的。意思是,一旦破壞大與小,其實你第一個破壞的就是時空。」 (相關報導: 科學家警告:「足球場大小」的小行星2032年可能撞地球,威力足以摧毀大城市 更多文章

一些理論家試圖讓我放心。加州理工學院的宇宙學家卡羅爾最近對量子力學的根基很感興趣,他認為「認定時空不是嚴格真實的」是有點輕率了。「這是真的,但不是根本的,」他告訴我。「就像這張桌子是真實的,但不是根本的一樣。這是更高層次的浮現(emergent)描述。但這並不代表著它不是真實的。」基本上,我們不應該太糾結這個問題,因為時空並非不存在,只是如果我們真正理解它是由什麼組成的,從更深的層次來看,它看起來完全就像其他東西。

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