北京時間9月29日消息，在基礎層面上，我們經常假設有兩種描述自然的方式，每種方式在自己的領域中運作良好，但卻似乎無法很好地協同工作。一方面，我們知道構成宇宙的物質和能量，從恆星到原子再到中微子到光子，這一切都需要量子描述才能提煉它們的性質和行為。標準模型是量子物理學的頂峰，可以很好地描述我們在宇宙中測量到的每一次相互作用。
電子具有波粒二象性，可像光子一樣用於構建圖像或探測粒子大小。
另一方面，我們也有廣義相對論：我們的引力理論。然而，這基本上是一個經典理論，物質和能量的存在使空間結構彎曲，彎曲的空間反過來又告訴物質和能量如何穿過這個空間。雖然每一種理論在各自的有效性範圍內運作良好，但仍有很多問題的解答，需要對兩者均有透徹的了解。由於它們的根本差異以及根本上的不兼容性，我們可以想象的許多問題目前都超出了我們的能力範圍。
質量彎曲空間結構以及空間隨時間動態演化的想法對於愛因斯坦廣義相對論的概念至關重要，但這個概念對量子物理學並不“友好”。
這並不一定意味着物理學有任何問題，但又似乎在表明我們目前對事物的理解至少是不完整的。為了揭示我們知道什麼、我們不知道什麼，以及未來道路的可能性，來與物理學家李斯莫林深聊一番。斯莫林是量子引力領域的先驅，他的最新著作《愛因斯坦的未竟革命》詳細介紹了對目前已知的量子宇宙之外的探索。
記者：你說量子場論和標準模型，以及引力的廣義相對論，不能從根本上描述宇宙的原因是什麼？
斯莫林：就是不能。你可以很容易地想到一些猜想沒有給出一致預測的實驗。更重要的是，原則上，量子物理的基礎與廣義相對論的基礎相矛盾，是有原因的。我們需要讓這些東西在原理層面上結合起來，因為它應該是自然的基本理論。
當然有實驗的原因，也有原理的原因。在實驗和原理之間，還有很多技術問題。這些技術問題也是概念衝突的結果：原理的衝突。
記者：能舉一個例子嗎？
斯莫林：當然。作為量子力學一部分的“波函數坍縮”在動態時空中是什麼樣的？哪一個根據廣義相對論中的運動方程演化？
記者：愛因斯坦最初的統一想法起初是在幾何學上，將經典電磁學加入廣義相對論中，現在我們知道這是不可能的，因為我們知道宇宙本質上量子力學的。你寫過一本關於“愛因斯坦未竟夢想”的書籍。為什麼這個夢想是重要的？即便愛因斯坦的最初想法和這個夢想已經不再相關？
斯莫林：我不同意你對愛因斯坦最初想法相關性的看法，無論好壞。在科學革命史上，我們對自然的理解發生深刻的變化，而且是在各個可能的範圍內發生變化。當你從亞里士多德科學家轉變為牛頓科學家時，你對世界的看法在各個方面都發生了巨大變化，這些變化也有很多應用。
這裡的利害關係是，愛因斯也在二十世紀初開啟了兩次革命：廣義相對論和量子力學。他明白，這兩者並不能給出一致的圖景。事實上，他相信（我也同意他的看法），量子力學本身並不能給出一致的圖景。直接地說，量子力學沒有意義：量子力學是在二十世紀二十年代，有他的朋友和同事提出的。
盒子內，貓或活或死，取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，那麼貓既不是活的也不是死的，而是處於兩種狀態的疊加狀態，直至貓被觀察到。
所以我們的議程上有兩項任務。一個是讓量子力學有意義。另一個是修正量子力學理論，使其更優化，使其可以完善廣義相對論。所以，我認為這是一個完成的問題。
廣義相對論在一定程度上很好地涵蓋了某些現象。量子力學也在一定程度上很好地涵蓋了某些現象。他們都是不完整的。高度不完整。在實驗層面，你必須使用一些想象力，但並不完全在普朗克尺度上。有些實驗涉及分鐘或秒的時間尺度，我們沒有明確的預測。但是這場雙重革命需要在廣義相對論和量子力學兩方面來完成，這就是關鍵所在：這是為了完成革命，因為我們生活在一個概念情境中，這與開普勒和伽利略所面臨的情況非常相似，他們是同時代的人，都介於亞里士多德物理學和牛頓物理學之間。他們對某些事情非常了解，但對其他事情卻很困惑。這就是我們現在的情況。
記者：在量子方面，我聽到很多人的論點，與你的觀點相反。量子物理學非常適合描述宇宙中的每一種量子現象，只要你不同時摺疊量子引力效果。如果我可以將時空視為經典或半經典背景，那麼我可以做我的量子場論預測我應該做的所有事情，而不會出現任何錯誤或不確定性。你對此怎麼看？
斯莫林：亞里士多德研究的軌道和行星的位置在一千年內精確到千分之一。這令人印象深刻的，但也是錯誤的。你描述的那種愚蠢的理論……為什麼有人會接受這麼毫無野心的東西？當然，如果你加入足夠多的警告和足夠的近似值，你就可以讓它發揮作用，我們接受的訓練就是讓我們這樣去做。其中也會產生一些美妙的東西，比如斯蒂芬·霍金對黑洞輻射的預測。這是不錯，但那是二十世紀七十年代的物理學；我們想永遠做二十世紀七十年代的物理學嗎？我確實像在有意引起爭端，但是，你知道，我們必須喚醒這些人！
測試量子非定域性的第三個方面實驗示意圖。來自光源的糾纏光子被發送到兩個快速的開關，將它們引導到偏振檢測器。開關可以非常迅速地更改設置，從而在光子飛行時有效地更改實驗的探測器設置。
記者：早在2003年，你與Fotini Markopoulou共同撰寫了一篇論文，文中展示了量子引力的一般思想與量子物理學的基本非定域性之間的有趣聯繫。現在，也許我應該為此問你一個設定問題：我們經常說量子物理學從根本上是一個非局域理論。當我們談論量子糾纏時，我們用它來解釋這一點。但批評者會說，沒有任何信息比光從一個量子到另一個量子的傳播速度更快。這是否會在您的腦海中產生任何衝突？你會說量子力學基本上是非局域的嗎？
斯莫林：量子力學從根本上說是非局域的，因此，理解量子力學需要在我們對空間是什麼的理解上做出很大的修改。而廣義相對論需要我們對空間是什麼的想法進行很大的修改。因此，這些事情應該放在一起。我們不應該試圖忽視這一點做這些事情，然後又忽視這一點做那些事情，我們應該將它們一起解決，一步到位。這就是我從19歲上大學開始就一直在努力做的事情。
那篇論文，主要是Markopoulou的想法。它非常巧妙地證明了空間可以是湧現的原則，因此時間可以是基本規律。這就是她所相信的，她也說服了我，這就是我過去20年來一直在努力的方向。時間和因果在底層，並且是基本規律，而空間是次要的、湧現的量，就像空氣的壓力或地球的溫度一樣。這就是我們一直在努力做的事情，並且在此過程中我們取得了一些適度的成功。
所以我們對世界的體驗，隨着時間的推移，一個接一個事件地演變，是真實的，這就是世界的真實面貌。從這個基本的、主動的時間和因果概念中，我們將空間作為一個衍生概念，就像從原子運動中產生氣體一樣。
通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏光子並將它們隔開很遠的距離，我們可以通過測量一個光子的狀態來“傳送”關於另一個光子狀態的信息，即使是從非常不同的位置。 “量子”並不一定意味着小；量子效應也可以發生在宏觀系統中。
記者：所以你強烈支持這種經典的因果概念，一直持續到量子水平。我是否可以認為，這也意味着您不贊同這樣的量子力學解釋，即不把因果關係作為所有相互作用的基本原則？
斯莫林：是的。
記者：我不知道是出於意識形態還是實際原因，你說過，現實應該獨立於我們這些觀察者之外。
斯莫林：當然。
記者：你回答說“當然”。但量子力學歷史上的許多人並沒有像你這樣回答說“當然”。你能解釋下為什麼現實應該獨立於觀察者之外嗎？
斯莫林：因為我是一個現實主義者。對我來說，科學的目標是描述自然，好似沒有人類處於其中的自然。這並不意味着觀察者沒有角色。例如，我在過去五年中一直研究的理論——”觀點理論“——認為，在那個宇宙中真實的事物，是對那個宇宙的看法。徹頭徹尾的現實主義者約翰·貝爾曾經說過，“我們不應該說什麼是可觀察的，而應該是什麼是可看見的。”所以我一直在研究這個理論，我們有事件，然後有來自過去的信息或新聞，這就是真實的：那些觀點。世界的動態不依賴於空間或場中的微分方程，而取決於觀點，以及這些觀點之間的差異。該理論的基本動態學原理是宇宙的演化使觀點儘可能多變且彼此不同。
光錐例子，所有光線在時空中可能到達和離開的一個點的三維表面。你在空間中移動得越多，你在時間中移動的就越少，反之亦然。只有包含在你過去光錐中的東西才能影響今天的你；只有包含在你未來光錐中的東西才能被你在未來感知到。
記者：所以你有一個最大化或最小化的原則。
斯莫林：當然。
記者：你可以為我們描述一下嗎？
斯莫林：沒問題。它被稱為“變體”。它可以應用於許多不同類型的系統，讓我們以城市為例。比如一個古老的城市：保存至今的羅馬的市中心。想象一下，你給朋友打電話說，“我迷路了，我在某個角落，我看到周圍有這些，有那些。”現在，羅馬是一座擁有許多變體的城市，所以你的朋友會說，“哦，你在那裡，靠近哪裡哪裡，因為每個角落看起來都不一樣。”羅馬是一座高變體的城市。另一方面，有一些郊區城市，在這些城市中，僅通過環顧四周所看到的東西，你不太可能知道自己的位置，因為許多角落彼此相似。所以這可以給你一個例子，說明我們說“我們想要增加變體”時想表達的意思。
記者：所以，你說”我們想要增加變體“的時候，你是否覺得大自然極端化變體呢？
斯莫林：是的，我可以把它寫成我討論過的框架內的一個方程式，其中有因果關係，有能量和動量，但沒有空間。我們可以構建一個動態理論，隨着時間的推移，將系統的變體極端化。我們從中推導出量子力學，以及作為其極限的經典力學。
我們為什麼要擺脫量子力學？粗略地說，對量子力學有一種原始的現實主義解釋，稱為導航波理論，是路易·德布羅意在1927年提出的，又大約在1952年由大衛·玻姆重新發明。在那個理論中，有勢能，還有另一個新函數波函數，位於勢能通常所在的位置。他們通過最大化這個函數的影響推導出薛定諤方程。事實證明，大衛·玻姆發明的這個函數是我們稱之為變體的數量的某個限制。這是我工作生活中最大的驚喜之一。
量子水平上位置和動量之間固有不確定性的說明。同時測量這兩個量的能力是有限的，而不確定性總出現在人們通常最意想不到的地方。
記者：當你思考稱為變體的數量限制時，你會說，“我們正在極端化變體數量”，這對我來說，很像某種類型的熵，某種類型的熱力學量。到目前為止，我認識的每個人都試圖提出“重力是湧現的”或“空間是湧現的”或其他一些我們通常認為是基本的量實際上是湧現的概念。我會說物理學的典型觀點是，熵是一種湧現的屬性，你可以根據所有粒子聚集在一起的微觀量子態來計算它。除了你定義為“變體”而不是熵的東西，你是否在做類似的事情？
斯莫林：粗略地說，是的。但這是一個很長的討論。因為熵在宇宙學理論中的作用是我們必須弄清楚的一個點。馬麗娜·柯爾特斯、安德魯·里德和斯圖·考夫曼撰寫了三篇非常棒的論文，包含一些關於遠離平衡系統及其與宇宙學關係的重要新見解。
記者：我想問一下海森堡和其他很多人的這個想法，就是除非你有某種意義上的我們所說的相互作用——一個量子與另一個量子的相互作用——這是唯一能提供關於宇宙的有意義信息的東西。如果你不進行測量，那麼你就沒有宇宙的可量化屬性。因此，我們所擁有的所有信息都必須來自該行為。我認為，也許比較天真，這從根本上與客觀現實的想法背道而馳。事實上，我們無法在海森堡式的現實圖景和“客觀現實存在”的現實圖景之間進行任何測量。。。。。。你有自己的觀點，而我不認同，很多物理學家也不認同。如果你無法實驗性地解釋這些不同的解釋，你該如何去講清楚這些？
斯莫林：讓我來告訴你我最近是如何看待量子力學的，因為它是新的，對我來說非常令人興奮。我們的認識，其實是順着海森堡的一些起初很神秘的引述開始的。你知道海森堡曾說波函數描述不適用於過去。不知何故，波函數是關於未來的，而經典的描述是關於過去的。還有幾個人也這麼說。弗里曼·戴森詳細地解釋過這一點。薛定諤也說過類似的、但更深奧玄妙的東西。
最近我一直在和克萊莉亞·貝爾德研究這些問題，我們意識到他們想說的是，在哥本哈根版本的量子力學中，有一個量子世界和一個經典世界，以及兩者之間的邊界：當事情變得確定，即當量子世界中不確定的事物變得確定。他們想說的是，不確定的事物變得確定，這是自然界中發生的基本事情。這就是“現在”。現在的時刻，當前的時刻，所有這些人都說的，科學和物理學中缺少的，就是從不確定到確定的過渡。量子力學、波函數，是對未來的描述，是不確定的、不完整的。經典物理學就是我們描述過去的方式。
為什麼？因為過去已經發生，發生的事情是確定的，不會改變，因為已經過去了。所以，我們對量子力學有這種不同的思考方式，這似乎很有幫助，我們合作得很愉快。
記者：很難不同意這一點。所以，比方說，我們去看惠勒的延遲選擇實驗。我在想這樣一種情況，你發送一個光子，你有一個分束器，光子可以繞着鏡子走兩條路徑，然後會在另一邊相遇。或者，你有另一個分束器將它們組合起來，然後你的探測器會看到重組光子的干涉圖，或者你不把分束器放在那裡，然後你只會得到一個進入探測器的光子。
你可以這樣做。惠勒的想法是，你可以通過第一個分離器發送光子，讓它以兩種不同的方式運行。然後你可以將第二個分離器放在那裡，也可以不放在那裡。在最後一秒，你可以移除存在（或不存在）的分離器，或者你可以插入不存在的分離器來進行嘗試，他稱之為“在你測量前捕捉光子即將要採取的行為”。
事後來看，你在探測器上測量到了什麼？如果分離器在那裡，你就會得到干涉圖樣。如果分離器不在那裡，你只會得到一個光子。基本上，大自然不知道你接下來要做什麼。但是一旦你這樣做了，大自然就好像一直知道你要做什麼。我想，你會告訴我這不是唯一的解釋，就是說，交互行為本身就會給你有意義的信息。如果你沒有觸發任何互動，你就是還沒有確定你的現實。你的現實仍然是不確定的，直到你做出一個能夠區分不同可能性的測量。
斯莫林：是的，我同意這一點。只是，我們的界線是“現在”，“現在”是未來與過去的分界線。
記者：你說的現在，是“進行中”的事情，還沒有決定，將在未來某個時候通過互動決定？你是想說，過去的一切都已經決定，甚至也包括那些將劃定界限的尚未發生的的測量？
斯莫林：所以，那個事件還沒有發生，所以，這是非常兼容的。“現在”的概念不是一個短暫的瞬間，不是說它必須在這裡發生；而是哲學家們所說的“厚現在”。因此，有些事件可能會導致某些事情變得確定、或晚或早。所以，我們的“現在”可能會曲折很多。至少，這是我們試圖理解這些情況的方式。它們不在貝爾德的原始論文中，但我們正在詳細梳理所有這些思想實驗，並展示如何思考正在發生的事情。
記者：這是試圖理解現實的基本性質的最前沿想法。你寫了很多關於弦理論中的許多想法的非肯定性文章，以及它們如何成為這種佔主導地位的理論範式。我注意到你工作中的一個點是，你似乎對可能存在的其他擴展相對不可知：弦理論、超對稱、大統一等等。你似乎對這一切都持不可知態度，這是也許與你給人們的大眾印象相反。
基於點粒子及其相互作用費曼圖（上）。將它們轉換成它們的弦理論類似物（底部）會產生具有非平凡曲率的曲面。在弦理論中，所有粒子只是一個潛在的、更基本的結構——弦——的不同振動模式。
斯莫林：如果人們想對我在2006 年出版的書《物理學的困惑》發表意見，我會希望他們先好好閱讀這本書。那段時間有很多焦慮和衝突，我想人們會感到驚訝，但請讓我告訴你我的想法。我相信理解量子引力有許多有趣的不同方法，但到目前為止都不完整。大家都設法向我們解釋時空的量子描述可能是什麼，但他們每個人在某些特徵的某個方向陷入了困境。
弦理論是一套美麗的設想，但在我看來已經陷入困境。還有圈量子引力，我很幸運在它被提出的時候有過對該理論的研究，但它顯然也卡住了。它們都表達了相同的想法：承載力的場（如電磁場）之間的二元性，以及這些場的量子激發看起來像延伸的物體，如弦或環，在蔓延。圈量子引力和弦理論都在不同的背景下表達了該基本猜想。
我試圖在那本書中表達的是，那本書的初衷是對衝突在科學中的作用的一個案例研究。作為保羅·費耶阿本德的學生，我認為衝突和分歧對科學進步至關重要。那本書就是為了論證這一點，使用了我最了解的案例研究。不過在我和編輯們對這本書的調整下，內容前後對調了一下，我們把案例研究放在第一部分，然後是衝突如何在科學中發揮驅動作用的分析，而大多數人只閱讀了前半部分。
我所反對的，都是過早的教條主義：過早地相信比證據支持以外的東西。不幸的是，這在科學中很常見。因為我們都想相信我們做了一些好事並發現了一些東西。當時有一種過度樂觀的氣氛，不過，我認為現在已經消散許多。我試圖對弦理論的優點和缺點給出一個平衡的看法。遺憾的是，有些人對此不太滿意。但那是很久以前的事了。
記者：你能說說你對某些理解量子引力的有效方法有怎樣的看法？就像量子引力中的漸近安全性一樣，你認為這有什麼希望嗎？
斯莫林：漸近安全性是有一些非常吸引人的地方。它基本上是史蒂夫·溫伯格針對關於微擾不可重整化理論的一些想法的應用，並將這些想法應用於引力。這是一個非常吸引人的故事，但有一個問題；正如我所說的，問題總是存在的。漸近安全性的問題是單一性。我們知道即使在微擾理論中也存在漸近安全理論。
記者：你能說說你對某些理解量子引力的有效方法有怎樣的看法？就像量子引力中的漸近安全性一樣，你認為這有什麼希望嗎？
斯莫林：漸近安全性是有一些非常吸引人的地方。它基本上是史蒂夫·溫伯格針對關於微擾不可重整化理論的一些想法的應用，並將這些想法應用於引力。這是一個非常吸引人的故事，但有一個問題；正如我所說的，問題總是存在的。漸近安全性的問題是統一性。我們知道即使在微擾理論中也存在漸近安全理論。
該理論的作用原理是愛因斯坦作用原理，加上宇宙常數項，加上瑞奇純量的平方加上瑞奇張量平方。這最後一個總是引入不穩定性和滿足統一性原則的不可能性，這意味着你不能保證所有將發生的事情的概率加起來為1。這是自 1978 年或 1982 年以來就已知的一個問題，我寫了第三篇論文，以回應史蒂夫那篇違反統一性的論文。
只要耦合在高能極限內是有限的，就可以有一個漸近安全性理論。通過為重整化組選擇一個高能量的不動點，其他一切都可以在較低的能量下計算。
記者：我還想向你請教的一件事是：如果你有一個動態時空，相對於一個靜態時空，你如何描述變化時空中的波函數坍縮？如果你有一個在變化時空中的波函數，如果你的時空不是靜態的，波函數坍縮是什麼樣子的？
斯莫林：羅傑·彭羅斯的觀點是，波函數坍縮是一種物理現象，當該可能事件中涉及的特定能量度量等於每普朗克時間的普朗克能量或類似的東西時，就會發生這種情況。我不記得他是怎麼做到的。 然後，你就會處於一個愛因斯坦方程或薛定諤方程都不完全正確的領域。
真正讓我感到非常興奮的是，有一些正在開發中的實驗正在測試這些。不同的人正在研究新一代的桌面引力或量子引力實驗。
量子引力試圖將愛因斯坦的廣義相對論與量子力學結合起來。 經典引力的量子校正被可視化為圈圖，如圖中白色所示。我們通常認為彼此靠近的物體能夠相互施加力，但這也可能是一種錯覺。
記者：我喜歡正在進行的桌面模擬實驗。我一定要問你的一件事是，就像你之前說的，你會嘲笑那些在沒有證據支持的情況下將結論視為已成定論的人。在關鍵證據出現之前，您希望對任何可能發生的事情保持開放的態度。那你是否擔心採取“在量子物理學方面我是一個現實主義者”的立場違反了這條建議？你會擔心，“我是一個現實主義者，而我相信現實是獨立於觀察者之外的”，這個觀點會犯這樣的錯誤嗎？
斯莫林：我一直覺得，沒有什麼比能夠思考這些事情更有趣了。有些人心裡有這種觀念，就是他們必須得正確，但我沒有。我不知道為什麼，也許這也是一個缺點？所以，當然，如果你問我，是的，我可能錯了。我可能在很多事情上都錯了。
讓我們來到1000年以後。這時候，我們都會因為錯過了神經科學或行星科學中明顯的東西或被證明為很重要的東西，而在後人眼裡看起來像是傻瓜。有一位著名的拳擊手在被問到他對自己的職業生涯有何感想時，他說：“你知道，我已經儘力了。”我對此很滿意。我不一定是對的，但如果我不遵循我的信仰，我就不會像現在這樣快樂。
尼爾斯·玻爾和艾爾伯特·愛因斯坦，於1925年在保羅·埃倫費斯特的家中討論了許多話題。玻爾與愛因斯坦的辯論是量子力學發展過程中最具影響力的事件之一。今天，玻爾以其對量子領域高的貢獻而聞名，愛因斯坦則因提出相對論和質能等價而廣為人知。
記者：我想引用尼爾斯·玻爾的一句話，然後問你對此的看法。 “當我們測量某物時，我們是在強迫一個未確定、未定義的世界去假設一個實驗值。我們不是在測量世界；而是正在創造世界。”我認為這是一個我希望你從根本上提出異議的聲明，但你可能會讓我感到驚訝。
斯莫林：不，這對我沒有吸引力，但是，我真的很遺憾從未有機會認識玻爾。他是個有趣的人；我們就不能達到那個水平嗎？最後，在西方文化和社會的發展中，從我們的角度來看，玻爾處於一個非常奇怪的位置。受叔本華等人的影響，他的觀點不僅是我們認為的非現實主義觀點，而且還是激進的非現實主義觀點，他對此已經儘力了。
記者：你還有什麼想法，你覺得有必要分享的？
斯莫林：讓更多訓練有素且非常優秀的人才有機會加入科學界。對我來說，當人們談論多樣性時，這不僅意味着女性、黑人和原住民以及其他人，他們都是非常非常重要的，但更重要的是他們有不同的想法。如今，要在物理學上取得成功，你不能只是普通人，就像我不能創作一段音樂，然後把音樂交給紐約愛樂樂團讓他們演奏一樣。
你必須得有你的工具，必須練習，必須善於使用你的工具，必須為你在工作中發現的結果提供令人信服的理由。這就是博士學位所象徵的。但在非常優秀的人中間，我們想要各種各樣的想法、觀點、類型、個性、性別和種族……我希望下一代和下下一代生活在一個更加有趣的科學世界中。因為如果每個人都一樣的話，那就太無趣了。（勻琳）