1.1 两个上帝的战争

(The War of Two Gods)
如果物理学是描述宇宙的宗教,那么我们在过去的一百年里,其实一直侍奉着两个性格迥异的上帝。
第一个上帝住在宏观的殿堂里,他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦。他所创造的世界——广义相对论——是极致光滑、优雅且具有决定论色彩的。在这个世界里,空间和时间并不是某种刚性的背景舞台,而是一块柔软的织物。当你把一个大质量的物体(比如太阳)放在这块织物上,它会弯曲、下陷。行星并不是在某种神秘引力的牵引下绕着太阳转,它们只是在沿着这块弯曲织物上“看起来最直“的路线滑行。
爱因斯坦的宇宙像是一块完美无瑕的大理石。在这个宇宙中,如果你知道了此刻所有物体的位置和速度,原则上你可以极其精确地预测出一万年后的每一秒。这里没有跳跃,没有模糊,你甚至可以无限地放大时空,它永远是平滑连续的。这是一个几何学家的梦想,是一个关于形状的理论。
然而,当你试图用显微镜看向物质的深处,当你把镜头放大到原子核的尺度,爱因斯坦的上帝就消失了。你进入了第二个上帝的领地——量子力学。
这里的统治者是尼尔斯·玻尔和他的哥本哈根学派。这里的规则不再是几何的,而是代数的。在这个微观世界里,粒子不再有确定的位置和轨迹,它们变成了弥散的波函数,或者是希尔伯特空间(Hilbert Space)中旋转的矢量。自然界在这里展示了它颗粒状的一面:能量不是连续流动的,而是一份一份地“打包“传递的。更令人不安的是,这里的核心法则是概率。就像上帝在掷骰子,你无法确知下一刻会发生什么,你只能计算它发生的可能性。
这就是现代物理学的精神分裂症。
在大半个世纪里,物理学家们一直在试图调停这两个上帝的战争。我们试图建立一个“万有理论“(Theory of Everything),试图用一套方程同时描述黑洞的吞噬(极大的引力)和电子的跳跃(极小的量子)。
但每当我们试图强行将它们结合时,灾难就发生了。当你试图计算引力场在量子尺度下的涨落时,数学方程会崩溃,计算结果会给出无穷大。这就像是你试图在一个充满马赛克的低分辨率屏幕上(量子力学)画出一条绝对完美的平滑曲线(广义相对论),无论你怎么努力,像素的锯齿总会破坏曲线的完美。
问题的根源究竟在哪里?
主流的尝试——比如弦理论或圈量子引力论——认为问题出在结构上。也许粒子不是点,而是振动的弦?也许空间本身就是由微小的环编织而成的?
但本书想提出一个更激进的观点:问题不在于我们发现了什么结构,而在于我们使用了什么语言。
广义相对论依赖于“时空流形“(Manifold),它默认了宇宙是一个发生的场所。量子力学依赖于“线性代数“(Linear Algebra),它暗示了宇宙是一系列状态的叠加。这不仅是数学技巧的差异,这是世界观的根本冲突——即“本体论“(Ontology)的冲突。
一个说:“世界是弯曲的几何。”
另一个说:“世界是概率的代数。”
也许,他们都错了。或者更准确地说,他们都只是看到了真理的一个侧面。
如果我们要结束这场战争,我们就不能在旧的废墟上修修补补。我们需要走出时空这个旧的舞台,去寻找一个更深层、更广阔的数学容器。我们需要一种“第三种语言“,一种既能包容几何的弯曲,又能容纳代数的叠加的语言。
这个容器早已存在于数学家的抽屉里,它被称为射影希尔伯特空间(Projective Hilbert Space)。
在这个空间里,宇宙不是一个随着时间在空间中演化的戏剧,而是一个静默的、永恒的数学对象。让我们把它想象成一个慵懒的午后,阳光洒在海面上,波光粼粼。在这个高维的海洋里,没有大爆炸的喧嚣,没有粒子的碰撞,只有纯粹的、连贯的、永不停息的流逝。
那是我们故事的真正起点。
(下一节,我们将进入 1.2 节,正式揭开这个“宇宙终对象“的面纱,并提出那个唯一的公理。)