普罗大众要理解量子力学，先上七堂极简物理课吧

长期以来，人类都在依靠天生的直觉来认识自然界运行法则，不过随着一些科学探索的推进，比如奇异而陌生的量子力学，人们惊觉原来自己对世界的认识是如此的粗陋和错误。

写下畅销书《七堂极简物理课》的意大利物理学家卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli），近日再推新书《现实并非如此：量子力学之旅》（Reality Is Not What It Seems: The Journey to Quantum Gravity）。

卡洛·罗韦利是法国东南部艾克斯马赛大学的一名物理学教授，也是“圈量子引力论”的先驱。（圈量子引力论是一种试图在高维时空中以标准的量子化模型来解释重力的理论。这种理论认为，空间可以被认为是许多细小的“纤维”或者许多有限的“纤维圈”构成的。）罗韦利将空间设想为一个近无限小的环所编织的网络，与弦理论中的“振动弦”类似。在《现实并非如此》一书中，他阐述了从古希腊至今，人类对现实的理解是如何变化的，其中包含对罗韦利的同道中人李·斯莫林（Lee Smolin，美国物理学家，《时间重生》作者）理念的诠释。

在最近接受《自然》杂志的采访中，罗韦利对量子力学理论最新进展进行了详细的探究，并提出时空本不存在，而人类是否真的能够理解量子力学的奇妙呢？

罗韦利说有一次自己驾车超速被警察拦下，他向意大利警察解释，自己因为一个长久以来百思不解的问题忽然有了思路和灵感才一时分心开了快车。

他顿悟到了什么？罗韦利说自己认知到了如何为大众写一本有关量子力学的书籍。“现代物理学家不应该将其全部时间花费在单一的‘万物理论’上，还没有足够的数据显示，我们尚未知道‘现实’之外究竟有些什么。”

罗韦利很早就萌发对量子力学进行探索的想法。“在学生时期，我偶然读到一篇英国物理学家克里斯·伊萨姆（Chris Isham）有关量子力学的评论论文。当时我还不能完全了解其中的奥义，但对量子力学问题的思索，在脑海中投射出绝对地壮美地图景，从那一刻起我就决定投身于此。”

作为圈量子引力论的开创者之一，罗维利向《自然》杂志强调，圈量子引力论不是万物理论，它不是一个终极理论。“首先我们要明白圈量子引力论不是什么，它并不称自己能够发现一切，是物理学的终结，圈量子引力论根本无此潜力。然而，圈量子引力论能够解决一些具体的问题，比如时空的量子特性。我们知道时空不是固定的事物，它们在量子力学的规约下完全是动态的。但现在尚未有一个明确的理论解释时间空间的动态性。”

比较圈量子引力论与弦理论有何不同，罗韦利认为弦理论更雄心勃勃。

“弦理论并不甘愿屈居量子力学理论之下。它试图成为统一宏观广义相对论和微观量子力学的终极理论。弦理论希望通过它本身所提出的引力的量子理论，从而解决量子力学与广义相对论的矛盾。但我认为，这是非常遥远的征程。现在很少人仍致力于此，而是转向研究理论的基础以及对量子空间和量子时间的研究。”

罗韦利介绍，圈量子引力论本身所诉求的与弦理论不同。圈量子引力论目的明确，且与弦理论不同，它是一个有着明确定义的理论，具有基本方程。人们总会出现各种纷争，但基本方程以及由此带来的一系列清晰的原理却是不容置疑的。这是一个更为简洁的理论，无论是在定义亦或在细节中。

那么，广义相对论和量子力学是否有统一的可能性？罗韦利说自己暂时没有看到任何能够接近这个假设的迹象，“比如暗物质，我们尚未知道它究竟是什么。在不知道‘现实’之外究竟是什么的时候，试图寻找一个终极的理论，这对我来说似乎有些仓促。我们对宇宙的探寻方兴未艾，仍有许多的东西我们尚未清楚。当然，在某些问题上，爱因斯坦试图得到一个终极理论。但他不知道强、弱与电磁交互作用的存在。从这个角度来看，爱因斯坦的这些尝试是完全不合理的，因为电磁是电弱相互作用的一部分。”

“我们知道广义相对论以及量子力学。我们知道为什么质子会聚集于原子中，又是什么让夸克存留于质子中。这些都是十分明确的定义。量子引力，本应也是这样的具体的东西。但为什么没有人知道黑洞的中心发生了什么，因为引力变成了量子。也没有人知道在宇宙之初发生了什么，因为引力就是其时处于其间的量子。因此，我们需要一个量子引力理论。它并不是由宏伟梦想所驱动，而是由于特定的物理问题需要，以及一系列完美却不能互恰的理论所驱动进行的。”

时空到底存不存在是无数人关心的话题，罗韦利如何解释时空呢？

“我们在学校学习过，固定的空间像一张桌子，事情在上面发生，而时间则逐渐流淌。这样的定量观来自于牛顿。而爱因斯坦让我们知道，时空实际上是宇宙中一个活跃的容器。正如爱因斯坦所说，时空就像一个大水母，而我们沉浸其中。爱因斯坦的理论逐渐为大众所接受，所以我们知道所有这些动态的东西是量子。我们需要量子来描述‘水母’，而以量子来描述时空的动态性意味着我们不能再把时间与空间看作是固定、稳定的东西。”

罗韦利进一步解释：“我们必须把时空看作电子量子，就像量子力学中的概率云。时间、空间中的概率云都是复数的，因此我们不能再将宇宙视为单个空间以及单一事件所包含的宇宙。我们需要更丰富的东西。这并非表示我们对空间和时间的感觉是错误的；感觉只是近似，而真实比感觉更为丰富。这便是为何我说时空并非真实存在。”

诺贝尔奖获得者物理学家史蒂文·温伯格最近在《纽约书评》上写道：“未见如何使用量子力学的论述，却多对量子力学意义的阐述。所以也许量子力学只是局于理论罢了。”

对于史蒂文·温伯格的这种说法，罗韦利说自己并不赞同。“他认为我们不了解量子力学，但我们正在逐步用量子力学来解释这个世界。当然新的想法和探索往往是违反直觉的。最早提出地球是圆的这个理论时，大多数人也认为是歪理邪说。量子力学的确需要更多的讨论，但我认为我们终会很好地理解它。”

量子力学太难以理解，1965年，美国物理学家理查德·费曼就曾说：“我可以放心地说，没有人会懂得量子力学。”

罗韦利对这一点抱有积极的态度。“我认为人类懂得量子力学是非常可能的。我认为费曼提出这一观点是因为当时人们对于量子力学非常漫不经心。费曼的观点是，‘现在’没有人会懂得它。如果有人把它理解为我们永远不会懂得量子力学，我想费曼也会非常生气吧。费曼是‘我们终将会懂得量子力学’的捍卫者，而我也是。”