第三章：宇宙背景的時空深度 第一節：需要重塑量子力學嗎？

量子理論是怪誕的

美國物理學家肯尼斯·W·福特所著的《量子世界》一書的最後寫道：“物理學家們常說，他們越思考量子力學越頭暈，這是一個怪誕的理論，因為量子力學與常識相悖。”處理不可觀測量，表麵自然規律是概率性的，允許粒子處在兩個或者更多的運動狀態，它允許粒子與自己幹涉，兩個相距很遠的粒子會彼此糾纏，所有這些使物理學家們認為量子力學是不完備的，盡管在亞原子現象中得到了長期有效的建議，越來越多的物理學家們讚同物理學家惠勒說的“為什麽會有量子？”是一個很好的問題。

物理學家費恩曼寫道：“我那些物理專業的學生也不理解量子力學，因為我自己也不理解”許多物理學家相信，量子力學還有某些因素尚待發現。

2000年，在量子理論問世一百周年的時候，著名物理學家惠勒寫了一篇名為《量子何為——量子物理的榮耀與恥辱》的文章表示紀念。他說：“這就是普朗克之後一百年的量子物理，全部化學、生物學、計算機技術、天文學和宇宙學的理論基礎。然而，如此值得自豪的基礎，卻仍不能知道其自身的基礎。我們可以相信，我確實相信，對於‘量子何為？’這個問題的回答也將被證明是對‘存在何為’這個問題的回答。”惠勒認為“未來的物理學應該來自於我們對量子理論的更深入理解，而不是來自對量子理論的評判”。在對這些基本問題的思考中，惠勒從物理學走到了哲學。

格林在其著作《宇宙的琴弦》裏說道：我們既然認識了宇宙受量子力學原理的支配，我們的理論一開始就應該是量子力學的，我們從經典圖景獲得一次次成功，那隻是我們還沒有追溯到宇宙的深處。

量子力學和相對論的衝突

量子力學和相對論是現代物理學的兩大基礎，分別解釋宇宙的微觀與宏觀領域。量子理論認為物質是可以依靠幾率描述，不能同時測量物體的兩個量，比如位置與時間、質量與速度，而宏觀世界的相對論裏，物體的位置與時間，是可以確定的。

微觀量子世界每時每刻都在起伏漲落，廣義相對論則認為時空是平滑彎曲的。將這兩個理論結合在極小尺寸——普朗克長度下，就可以導出時空本身也是每時每刻都在經曆著量子的瘋狂漲落，這就是量子泡沫。

量子泡沫也叫時空泡沫，是惠勒1955年根據量子力學提出的概念。量子泡沫是極小尺度（普朗克長度量級10-35米）下量子振**的定性描述。在這麽小的時空尺度下，不確定關係使粒子和能量瞬間產生，然後湮滅。隨著討論時空尺度的縮小，虛粒子能量將增加。根據愛因斯坦的廣義相對論，能量將使時空彎曲，這意味著足夠小尺度下能量的“泡沫”式漲落將大到足以在較大尺度下觀測到相對平滑時空的顯著偏離現象。但我們必須有一個量子引力理論才能指出在什麽樣的尺寸下才能出現這樣的量子泡沫，現有的各種量子理論不能精確地描述這麽小尺度下的物理現象。

相對論與量子理論在極端情況下的衝突，表現在三個方麵：第一，在普朗克尺寸下量子瘋狂的漲落，出現量子泡沫現象。

第二，在黑洞的視界附近，需要量子力學與廣義相對論結合時會產生衝突。

第三，通過廣義相對論將宇宙的膨脹進行時間反演，則可得出宇宙在過去有限的時間之前曾經處於一個密度和溫度都無限高的狀態，稱之為奇點，奇點的存在意味著廣義相對論理論在這裏不適用，必須運用量子力學。

在這些方麵量子漲落將變得非常重要，量子力學和廣義相對論表現出矛盾性，隻能得到一些結果為無窮大的荒謬結論，很顯然，我們需要一個更完備的理論。