当前物理学最棘手的问题,就是在大尺度上统治引力与时空的广义相对论,如何与掌管微小尺度的量子力学融洽相处。人们提出了许许多多试图缝合二者的量子引力理论,但无一被证实,甚至大多数方案连严格排查都还没经历过。现在,一条全新路径可能很快迎来实验检验。一旦成立,我们对时间的认知将被彻底改写。
提出这条路径的是伦敦大学学院的乔纳森·奥本海姆。他没走量子引力的老路,而是把自己的理论叫作“后量子引力”。与所有主流方案不同,他不打算把时空和引力“量子化”——也就是说,不把它们打碎成一份份不可再分的“量子”。光已经被证实是量子的,它的量子就是光子;自然界四种基本相互作用力中,另外两种也明确是量子的。唯独引力,始终没有找到量子化的证据。奥本海姆和同事们干脆挑明:也许引力真的就不是量子的。
后量子引力的出发点,是假定时空与引力是连续且基本的,不存在更小的组成砖块。接下来是一条漫长的数学推导链,计算这种非量子的时空,如何与那些规规矩矩的量子力、量子粒子和量子场相互作用。在推导的末端,一个奇怪的效应冒了出来:时空本身会带上一种无法预知的随机性。
我们通常想象的时间,像一个规规矩矩敲着等间隔节拍的钟。可是在后量子引力里,这些节拍之间会出现微小的、毫无规律的起伏。这种波动发生在极小的尺度上,小到我们根本觉察不到,但时间会因此变得“摇摆不定”,向前流动的方式不再可以精确预判。
正是这些随机涨落,让奥本海姆的引力理论能够与量子力学对接起来。把它们放进一些基础量子力学计算里,就能推演出量子系统中被反复观测到的几种基本行为,其中就包括那条经典规律:一个量子系统在被观测时,会表现得像一个经典系统。那条规律也正是“薛定谔的猫”故事的物理支柱——打开盒子看一眼之前,猫可能处在既死又活的叠加态;一旦你打开盒子观察,猫就只会是死或者活其中一种。
然而,时间为什么变得摇摆不定,至今仍是个未知数。方程里自发地蹦出了这个随机性,但奥本海姆团队还没能把它们追溯到一个具体的物理源头。用他们自己的话来说,尚不清楚“是否有什么、某种确定的物理效应,在导致时间以不可预测的方式流逝”。这一悬而未决的问题,恰恰构成了反对方最有力的论据:一个还不能指明成因的随机性,到底是对物理现实的真实描述,还是尚待填补的数学缺口?
支持者看到的是理论的自洽能力:不需要把引力强行量子化,就能自然导出量子测量中的经典过渡现象,这本身就是一条极有价值的线索。反对者则紧盯住那个空缺:没有明确的物理机制,只靠方程里的自发涨落,总让人心里不踏实。
而且,这套理论与所有其他竞争者一样,还没有拿到实验证据。真正能让天平倾斜的,是接下来拟议中的实验——如果能够在极精密的时间测量里,捕捉到这种理论上预言的、微弱至极的时钟节奏波动,后量子引力就可能一举从纸面构想跃升为严肃的候选者。
到了那一天,我们或许真的不得不接受一个事实:时间并非宇宙的背景节拍器,它自己就在微妙地、不可预测地打颤。
热门跟贴