参考消息网7月13日报道英国《新科学家》周刊7月8日刊发题为《对现实的重新思考：整个宇宙会不会就是一个量子单体？》的文章，作者是海因里希·帕斯。全文摘编如下：
想象一下，你能透视日常用品，看到它们由什么构成。比如，放大椅子扶手，会发现它由原子构成；再放大，会发现这些原子中含有被称为质子、中子和电子的亚原子粒子；接着放大，还会发现质子和中子都是由夸克组成的。
这就是现实的不同层次，也是物理学者理解宇宙的方式：把一切都分解为组成部分，这种理论就是所谓的“还原论”。还原论让物理学取得了长足发展——毕竟，我们就是通过这种方式勾勒出物质及其原理的现有图景。但是现在，由于迟迟没有进展，我相信我们得就此转换思路。
转换思路缩小微观世界
我想，我们要做的不是进一步放大微观世界，而是要缩小。通过缩小，我们可能会看到，眼前的一切都是某个统一整体的片段，包括空间和时间等看似是最基本的元素。这听起来可能像哲学理论或神秘主义，实际上却是把量子力学应用于整个宇宙得出的直接结果。如果这样做，你就会意识到，宇宙根本不是由各个独立的部分构成，而是单一的量子体。
这是个激进的想法，我们刚刚开始据此开展实验。但如果这种想法没错，则可能有助于解开物理学中一些最令人困惑的谜团，颠覆我们对宇宙的看法。
20世纪30年代，恩里科·费米揭开了中子如何衰变成质子并放出电子，这一过程被称为β衰变，但他当时只论及电子、质子和中子。仅仅几十年后，物理学者就发现了被称为W玻色子的中间粒子，于是意识到，在更微观的尺度上存在更深层次的相互作用。
从今天的角度来看，费米的论述是“有效场论”的突出例证。有效场论这一数学框架能让我们把现实分为大小不同的尺度，并一一分析。这样看，物理学就像俄罗斯套娃，即使对里面的娃娃一无所知也能了解外面的娃娃。
费米的论述接近粒子物理学的“标准模型”，标准模型是我们为物质及其原理勾勒出的最清晰图景。现在我们知道，即使标准模型也不完整，因为它不包括引力。清楚这一点，物理学者意识到，标准模型本身也是种有效场论。
尽管有效场论提供了种种便利，但或许模糊了对宇宙更准确的理解，因为有效场论带来了问题。多年来，粒子理论学者一直担心的问题之一是关于希格斯玻色子的，正是这种粒子让夸克和电子获得了质量。在标准模型等理论中，粒子能暂时变为寿命短暂的虚拟粒子，然后迅速衰变回原始粒子。量子力学（支配粒子世界的规则）的一个怪异之处在于，这种波动让粒子获得质量。获得的质量有多大取决于虚拟粒子可能拥有的最高能量值。
重要的是，要弄清粒子能获得多少质量，取决于标准模型适用的能量区间，也就是俄罗斯套娃的大小。据我们所知，能量极大值是普朗克尺度，普朗克尺度也是最小长度量子，以普朗克尺度为基点，引力效应变得重要，标准模型就要由结合了引力和量子力学的规则所取代。据此，希格斯玻色子的质量本应由普朗克尺度决定。但我们最终在大型强子对撞机中发现希格斯玻色子时，与测量出的实际质量相比，预测值大出了17个数量级。
宇宙学中也冒出了类似的难题，这一次关于暗能量，也就是推动宇宙加速膨胀的神秘力量。我们一直认为，宇宙膨胀由太空真空中储存的能量造成。但这一次，观测到的现实与预测值出入更大：测量出的真空能量值大约小了30个数量级。
不同能量级或相互影响
简而言之，粒子物理学陷入危机。这就是为什么包括我在内的一小群理论学者最近开始探索另一种激进的方式。新方式有别于已知的还原论，不会将宇宙的不同能量级区别对待，而是把它们当作都能相互产生影响。
为了理解这一原理，不妨考虑一下物理学者打的这个比方：彩虹颜色是从哪里变得肉眼不可见的。能量最高、波长最短的是彩虹中紫色以上的区域，也就是我们所说的紫外线；能量最低、波长最长的区域，是我们所说的红外线。两者之间是彩虹的可见部分，相当于标准模型适用的领域。
一段时间以来，人们普遍认为对于普朗克尺度的极小值和极高能，标准模型不再能发挥作用。我们称之为紫外线区，作用于这一区域的是量子引力效应。但在上世纪90年代末，波士顿大学的安德鲁·科恩，以及当时在华盛顿大学工作的戴维·卡普兰和安·纳尔逊想知道，非常大的间距，或是非常低的能量是否也有界限，我们可以称为红外线区。
在研究黑洞的过程中，科恩及其同事计算出，存在标准模型开始失效的最大长度值，也是最低能量值。一旦超出这一数值，引力便开始发挥作用。或许直觉告诉我们，如果有下限，就一定有上限。但最关键的是，研究人员发现，这些看似毫无关联的分区并非相互独立。换句话说，在这些迥然不同的能量级中，物理学似乎是相互关联的——这一现象被称为紫外线/红外线混同。
科恩及其合作者尝试了所能想到的最大尺度：可观测宇宙的半径。于是事情出现了又一个神奇转折：如果紫外线分区与红外线分区互相等同，结果恰好得出宇宙暗能量的实际微小值，而不是普朗克尺度的极高值。如果构成暗能量的虚拟粒子限定在这一区域，就能解释为什么暗能量没有因为相关效应而达到大到不可思议的数值。
“一沙一世界”并非幻想
量子纠缠通常被描述为量子体之间的惊人关联。我们也能认为，这种关联性证明了纠缠的量子系统不能被理解为是由某些部分构成的，它们就是同一的整体。这种不可分割性联系着遥远的粒子，同样能将不同能量级的量子效应联系起来。换句话说，宇宙中的紫外线区和红外线区看起来能交头接耳，可能正是因为量子纠缠。
部分研究已经发现，纠缠与紫外线/红外线混同之间存在某种关系。但科恩及其同事研究的是引力边界，而非纠缠边界。令人兴奋的是，弦理论方面的顶尖研究人员在最近的研究中提出一种解决方案，指出引力本身可能就是改头换面的纠缠效应。
这是个大胆的想法，但我觉得紫外线/红外线混同就是由纠缠所致。果真如此，就会从最根本层面上对理解现实产生重大影响。如果纠缠效应适用于整个宇宙，那么世间万物就不是由逐级变小的部分组成，而是整个宇宙都变成量子先驱戴维·博姆所说的“单一、不可分割的单位”。
或许我们很快就能知道这种猜想是否与现实相符。科恩及其合作者认为，紫外线/红外线混同会影响到电子或名为μ介子的亚原子粒子与电磁场的相互作用，其表现是标准模型的预测值与实际测量值不匹配。这种现象可能也会出现在其他过程中。
如果真的找到证据来支持这一想法，将彻底改变我们思考宇宙的方式。这意味着，我们不仅可以像诗人威廉·布莱克曾经说过的那样，“一沙一世界”，甚至可以从最微小的组成部分和粒子中看到整个宇宙。尽管这听上去只是发展物理学的另一种途径，但远远不止于此。我相信，我们正在走向一种全新认识，去理解宇宙如何构成。
英国《新科学家》周刊7月8日一期封面
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