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物理學(xué)家很久之前就開始猜測，在量子理論之下還隱藏著一層更深的物理現(xiàn)實(shí)。而現(xiàn)在，一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型揭示了這層現(xiàn)實(shí)有多么奇怪

物理學(xué)家正在進(jìn)入后量子理論世界，他們正在一個(gè)全新的層面上探尋物理現(xiàn)實(shí)會是什么樣子。而這個(gè)層面甚至比本已怪異得出名的量子理論更加深刻、更加怪異。

早在20世紀(jì)20年代，物理學(xué)家就掌握了數(shù)個(gè)對于解釋世界運(yùn)作原理極為有效的理論，但他們并沒有停下腳步，反而堅(jiān)持尋找這些理論無法解釋的情形。

這些情形就是經(jīng)典物理學(xué)無法填補(bǔ)的空洞，而物理學(xué)家就以此為突破口窺見了更深層的物理現(xiàn)實(shí)。

而此時(shí)此刻，恰如彼時(shí)彼刻，熟悉的感覺又回來了：量子理論的確相當(dāng)奏效，但仍舊無法解釋某些現(xiàn)象，尤其是面對那些由引力主導(dǎo)的宇宙級別大天體的時(shí)候。

此時(shí)，在量子理論構(gòu)建的世界里，物理學(xué)家又能發(fā)現(xiàn)何種后量子世界呢？

法國國家數(shù)字科學(xué)與技術(shù)研究院的詹姆斯·赫福德（James Hefford）和巴黎薩克雷大學(xué)的馬特·威爾遜（Matt Wilson）開發(fā)了一個(gè)描述后量子世界的合理數(shù)學(xué)框架。（盡管這個(gè)框架現(xiàn)在還只有一個(gè)梗概，但可能已經(jīng)是我們迄今能接觸到的最深層的物理現(xiàn)實(shí)。）

赫福德說：“量子理論描述的不是整個(gè)宇宙。目前，整個(gè)物理學(xué)面對的最重大問題之一便是需要構(gòu)建一種量子引力理論，也就是把量子理論和引力理論統(tǒng)一起來。這種理論就應(yīng)該是超越量子理論的更深層物理現(xiàn)實(shí)。”

那么，究竟要如何建立這種量子引力理論？

物理學(xué)家早就有了很多想法，但威爾遜和赫福德選擇從量子理論與經(jīng)典物理學(xué)的關(guān)系中汲取靈感。更具體地說，他們的靈感來自這樣一個(gè)物理現(xiàn)實(shí)：

我們之所以不會在日常生活中體驗(yàn)到怪異的量子效應(yīng)，是因?yàn)橐环N名為“退相干”的過程，退相干摧毀了大多數(shù)物體的量子性。也是因?yàn)橥讼喔桑覀儾拍茉诹孔邮澜绲谋尘爸姓业竭@個(gè)非常合理且符合我們心理的日常世界。要知道，同樣一只貓?jiān)诹孔邮澜缰锌梢约壬炙溃Ｗ涌梢韵裼撵`那樣穿過墻壁，也即“隧穿”。

威爾遜和赫福德?lián)思僭O(shè)，可以借助類似退相干的“超退相干”過程從超量子理論中推導(dǎo)出量子理論。

這個(gè)想法其實(shí)早就被深入研究過，但2018年發(fā)現(xiàn)的一個(gè)定理說明，在數(shù)學(xué)上不可能推導(dǎo)出一個(gè)能夠衍生出量子理論的合理、自洽超退相干過程。赫福德和威爾遜仔細(xì)研究了這個(gè)定理的前提假設(shè)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)變通方法，而代價(jià)則是他們最后得到了一個(gè)很是怪異的后量子現(xiàn)實(shí)世界：一種叫作QBox的理論。

QBox理論的關(guān)鍵特征之一是它顛覆了傳統(tǒng)的因果關(guān)系觀念。按照我們的傳統(tǒng)認(rèn)識，要么是事件A導(dǎo)致了事件B，要么就反過來，但在QBox理論中，允許存在“A導(dǎo)致B”和“B導(dǎo)致A”共同存在的狀態(tài)，也即無法分辨這兩種因果關(guān)系哪個(gè)是正確的。

未參與這個(gè)理論構(gòu)建過程的加拿大卡爾加里大學(xué)的卡洛·瑪利亞·斯坎多洛（Carlo Maria Scandolo）說：“這就是一種因果不確定性。如果我們要嘗試建立量子引力理論，就應(yīng)該關(guān)注這種現(xiàn)象。因?yàn)槲覀儞碛械淖詈玫囊碚摚◥垡蛩固沟膹V義相對論）就提出，在不同的時(shí)空點(diǎn)上，事件的因果順序可以不同。”

舉一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)例子：在以不同速度飛行的宇宙飛船中，旅行者會對一系列事件的發(fā)生順序產(chǎn)生分歧。

當(dāng)然，赫福德和威爾遜還必須確定超退相干可以正確地讓QBox理論退化成量子理論。舉個(gè)例子，他們必須確保某個(gè)我們在QBox理論中只能近似知曉的給定物件在經(jīng)歷超退相干過程后不可能變得更加清晰（超退相干后，我們對這個(gè)物件的認(rèn)識不會變得更清楚、更深刻）。

威爾遜表示，超退相干過程就好比存在某些QBox領(lǐng)域客體可以觸及的維度——QBox領(lǐng)域中的某些人可以與其中的物件發(fā)生相互作用——但這些維度對于我們這些只能觸及經(jīng)典領(lǐng)域和量子領(lǐng)域的人來說是隱藏的。

目前，赫福德和威爾遜仍在研究這些維度的具體細(xì)節(jié)，以及QBox領(lǐng)域內(nèi)的客體究竟會經(jīng)歷什么，但現(xiàn)在看來這些維度無法觸及的層面是時(shí)間上的，而不是空間上的，因?yàn)槌讼喔蛇^程切斷了客體觸及向后發(fā)生的事件的可能性，也即阻止客體回到過去，而不是阻止他們進(jìn)入未來。

任職于因果推理研究實(shí)驗(yàn)室、共同推導(dǎo)出2018年那條證偽超退相干定理的西倫·吉利根-李（Ciarán Gilligan-Lee）評價(jià)說：“之前也有一些以因果不確定性為核心的理論雛形，但它們都難以推導(dǎo)出現(xiàn)有的所有量子力學(xué)理論——好像從來沒人能做到這一點(diǎn)。”

他還表示，赫福德和威爾遜的這項(xiàng)工作的價(jià)值在于，他們的理論堅(jiān)實(shí)而具體，并且在數(shù)學(xué)上也確實(shí)存在可行性。盡管這個(gè)理論有許多相當(dāng)怪異的地方，但它不需要憑空創(chuàng)造一整個(gè)世界的新東西（比如弦理論中的宇宙弦）就能推導(dǎo)出某種量子引力理論。

2018年那條定理的另一個(gè)共同創(chuàng)立者、波蘭格但斯克大學(xué)的約翰·塞爾比（John Selby）稱，對于QBox理論，接下去的關(guān)鍵是不僅要證明超退相干過程可以以某種數(shù)學(xué)函數(shù)的形式存在，更要充實(shí)其具體物理細(xì)節(jié)。

他說：“應(yīng)該有一些形象的案例，甚至可以說是某一種故事來說明，為什么在目前的實(shí)驗(yàn)室中會出現(xiàn)這種情況。”

在塞爾比看來，即便最后證明QBox理論并不是隱藏在量子理論之下的更深層物理現(xiàn)實(shí)，赫福德和威爾遜的數(shù)學(xué)工作也是一個(gè)很有價(jià)值的理論起點(diǎn)。

吉利根-李和塞爾比兩人也草創(chuàng)了一個(gè)新的定理。雖然這個(gè)定理還沒有被其他物理學(xué)家仔細(xì)審查，但可能會對諸如QBox這樣（能以有現(xiàn)實(shí)意義的方式超退相干到量子理論）的理論施加更為嚴(yán)格的限制。

威爾遜說，QBox理論歡迎這樣的挑戰(zhàn)，哪怕這意味著它最后會成為另一個(gè)更好的后量子理論的墊腳石。值得一提的是，通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)QBox理論也是可能的，因?yàn)檫@個(gè)理論可能會對某些涉及量子波重疊的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生切實(shí)的影響。

此外，如果QBox理論未來真的能經(jīng)受住數(shù)學(xué)理論和物理實(shí)驗(yàn)的雙重考驗(yàn)，那么還會浮現(xiàn)一個(gè)更加誘人的問題。

赫福德說：“是否可以通過類似的層層退相干機(jī)制，讓各種層級上的理論互相退相干？”

毫無疑問，在這類挖掘更深層物理現(xiàn)實(shí)的過程中必然會涉及更多、更復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

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