我们现在已经准备就绪，可以直面我们要探究的那个要点了。既然认真把量子力学看作关于大自然的一个理论就会得出一元论；既然理解了我们日常生活中纷繁的事物是如何显现出来的；也把握到了为什么，哪怕它已经被镌刻进过去的科学实践中，但它的意义仍被忽视了这么长时间：那么我们现在就可以问问，这些见解对于物理学今天以及未来面对的问题和挑战意味着什么。我们准备好了去揭示出科学的一个新基础。

物理学遇到了麻烦

Giudice 2017.


2017年10月18日，吉安·朱迪斯（Gian Giudice）宣布粒子物理学陷入了困境。“依循着科学革命的递归规律，有很多迹象表明我们现在正见证着危机阶段的开始……这是科学研究工作最复杂和紧张的时刻，需要以富于革命性以及不带偏见的思路在方式方法上做出真正的改变。”
在物理学界，朱迪斯的意见比多数人都分量重。他是欧洲核子中心（CERN）理论物理部的负责人。CERN是位于日内瓦的粒子物理学欧洲中心，是它在运行着大型强子对撞机，简称LHC。因此CERN处于先导地位，引领着这项全球性的努力，力图以简单、本质性的构建部件去重构整个宇宙，构建部件要尽可能简单。而对于粒子物理学家来说，更简单永远意味着更小。

粒子物理学家们建造的巨型加速器被人拿来与中世纪富丽堂皇的大教堂相比较。这不仅指的是它们的体量，更是它们的作用，一个几乎神圣的空间，就算不是用来寻找上帝的，那至少也是寻找主宰着宇宙的基本真相及和谐法则的。在这些中间，CERN的LHC是史上最了不起的加速器：27公里长，4次越过法国和瑞士之间的边界，它是人类有史以来建造过的最大的机器，它是建造来使粒子物理学标准模型完整，并用来发现未知世界的。本指望着LHC解释，为什么全部科学当中最优秀理论的主要特征是一些别别扭扭的巧合事项，看起来就像是让铅笔立于笔尖并保持平衡似的。事实上，2012年找到了希格斯粒子，这是标准模型所缺失的那最后一个部件，需要有它才能既给它自己提供质量，也给自然界中其他大型构件提供质量。不过在那之后，热乎劲慢慢退却了。标准模型是完成了，却没看到有新的物理学来指示出它为什么有这些缺陷。经过十多年的运行，LHC还是在做着它刚开机时就做的事情：它一遍又一遍验证着标准模型，但没找到任何其他东西或者未知的东西。

这个局面所面临的问题是，现在迫切需要超越标准模型的新物理学。根据天体物理学家和宇宙学家的发现，宇宙物质成分中大约85%是由不发光的暗物质构成的，它只能通过它的引力现象观察到。然而没有什么替补粒子可以解释这种“丢失的”质量。还有，物质本身只提供了不到宇宙能源需求预算的三分之一。宇宙能源的主体部分是神秘的暗能量，是指派给真空的能量，也就是，指派给空无一物的空间的，驱动着宇宙散开并进入加速膨胀。暗能量比暗物质更难按标准模型或简单膨胀来解释。然后，还有这些巧合：为什么普通物质、暗物质和暗能量都向宇宙能量预算贡献可比数量（在系数为10或20的范围之内）？为什么强作用力，据我们所知，对于有不同自旋方向的粒子或反粒子有相等的强度？为什么希格斯粒子的质量这么小？以及为什么宇宙中暗物质的数量如此微乎其微？

这些观察到的现象，尤其是其中的最后两个，一直让粒子理论学家们头痛。简单估算希格斯质量，包括来自真空涨落，也就是在真空中忽然出现又忽然消失的虚拟粒子的贡献，会使其大约大了17个级数；根据已知的真空能源来源进行估计，预期宇宙暗能量会大到超过惊人的120个数量级，相当于1后面跟着120个零。显然，标准模型尽管在其他地方是成功的，却缺失了“现实真相”中的一个至关重要的部分。

物理学家们在建造LHC的时候相信，找到了新的粒子就是找到了答案。比如“超对称”就能轻而易举地使标准模型中的粒子含量翻倍，还可以既提供一个人们想要的候选暗物质，又给希格斯粒子为什么这么小的问题提供一个答案。超对称（英文缩写SUSY）是假定在物质和各种力之间存在一种对称，这样，对应于每一个已知的物质粒子（照物理学家们的说法就叫“费米子”，例如夸克和轻子），就会有一个目前还未被发现的力的载体粒子（物理学术语叫“玻色子”），反之亦然。由于这两种类型的粒子分别向希格斯粒子的真空涨落贡献相反的符号，所以它们的贡献可以直接抵消掉。也许就是有类似的机制在运作，才使宇宙暗物质维持在较少的水平，尽管效果还没达到同样完美。物理学家们意识到超对称也许能贡献一大步，使标准模型又能看起来自然了。于是从那以后，越来越多的粒子物理学家期待着能找到缺失的“超对称伴侣”——这一期待就是实现不了。这一局面引燃了基础物理学的一场几近崩溃的危机。

Giudice 2017.


这一情况逼得CERN首席理论家吉安·朱迪斯催着他的同事们寻找替代方案。“看来有必要换一种新的思路了”，朱迪斯这样写道，并认定“我们在对物质世界中最具本质性的问题进行探索时采用的指导原则已经用了几十年，现在我们面临着的是要对它们进行重新考虑了”
。那么需要被重新考虑是哪些指导原则呢？粒子物理学家希望能帮助他们理解世界的指路明灯又是些什么呢？

多元宇宙耶？丑宇宙耶？

“Das ewig Unbegreifliche an der Welt ist ihre Begreiflichkeit.”Einstein 1936， p. 315， translated by Sonja Bargmann in： Ideas and Opinions， Bonanza， 1954， p. 292.


“关于宇宙，最令人不解的是，它是可理解的。”
阿尔伯特·爱因斯坦曾经说过。说宇宙其实是可以被理解的，这在近来已经远远不是个有没有共识的问题了，而可能是粒子物理学经受的危机中最突出的症状了。宇宙还依然能被看作是简单和优雅的吗？这种貌似的优雅有没有可能仅仅是巧合，而不是本质使然？或者宇宙甚至实际是一团乱糟糟的，而我们对美的感知只不过是建立在偏见的基础之上？如果说在过去，粒子物理学家们的动机是期待证明我们生活在一个独一无二的宇宙中，主宰着它的是一些简单定律和对称性，那么这一前景现在越来越受到争议。对这个观点形成挑战的是两个广泛流行却又备受争议的概念，它们被生动形象地概括成两个流行热词“多元宇宙”和“丑宇宙”。

多元宇宙拥护者倡导的理念是，存在着数不胜数的其他宇宙，其中有些有截然不同的各种粒子和各种力，甚至空间的维数也不同。这种多元宇宙指的不是埃弗莱特诠释中的那些替代现实，而是指的其他时空区块，由完全不同的物理法则主宰；它出自弦理论，似乎能容得下由所有可能的宇宙构成的一种宏大“景观”。如果大多数物理学家所相信的膨胀，这个导致了宇宙诞生的宇宙加速扩张阶段，现在持续下去到足够长的时间（好多模型甚至预言说可能会永远持续），那么它就在产生大量的（或者甚至是无限多的）“泡泡宇宙”或“婴儿宇宙”，而且在它们之中，弦理论中所有的潜在宇宙都可能成真。根据这种推理，如果前面提到过的那些偶然现象有利于产生复杂的结构、生命或意识，那么我们发现自己所处的本就是个能允许我们存在的宇宙也就不足为怪了。就像鱼没有理由对自己为什么生活在水里感到奇怪一样，也许我们观察到的希格斯粒子的质量是小的，暗能量是微乎其微的这一事实正是我们能够存在的一个前提条件。那也就意味着我们再也没必要对我们宇宙中一些奇怪的巧合操心了。这一“人类中心论”意味着我们发现自己处在一个对生命友好的点位上，因为如果不是这样我们压根儿就不会存在，也不会有人来观察这一不待见生命的宇宙了。

那么，如果我们都已经接受了埃弗莱特的多世界，对弦理论的那种景观还能有什么疑问呢？毕竟，在埃弗莱特的多世界诠释中，量子力学已经相当自然而然地为多元宇宙做好了铺垫。朝一个有两条缝隙的屏障发射单颗电子会在屏障后面的探测器上形成一个干涉图形。每回都一样，这个电子似乎每次都是穿过两条缝隙。就像我们在第3章讨论过的，量子退相干可以把这些潜在的轨迹转变为“平行现实”，或者叫“埃弗莱特分支”。所以，也许弦理论的多元宇宙也是相似的情况，也只是物理学中一个完全自然却又对于我们来说是陌生的部分。

然而，根据埃弗莱特的理论，量子力学会产生出由众多替代现实构成的多元宇宙，它们全都服从于同一套物理法则，但是声称是万物根本理论的弦理论却不然，它似乎预言了一个由全然不同的物理法则主宰着的各种宇宙构成的多元宇宙。

Ellis 2011.


所以，不管多元宇宙的假设看起来是多么自然，但是“人类中心角度的推理”会带来严重的问题，因为它最终意味着我们可能再也难以对任何事物进行预测了。自从科学的早期时代开始，每发现一个看似不可能的巧合，都促使人迫切想拿出解释来，让人产生一种动力想找出它背后隐藏的原因。自从有了弦理论的多元宇宙，这一局面改变了。不管一个巧合看起来会是多么的不可能，在构成多元宇宙的无数个宇宙中，它都一定在什么地方存在着。对于CERN的那些搜索新粒子的物理学家们来说，不存在明显的指导原则了。在宇宙那些偶尔一现的特性中也没有带有本质性的定律等待被发现了。“多元宇宙也许是物理学中最危险的一个思想”
，南非宇宙学家兼斯蒂芬·霍金的著名合作者乔治·埃利斯（George Ellis）这样争议道。

Hossenfelder 2018.


另一个挑战与此相当不同，但危险性丝毫不逊色。“丑宇宙”是《新科学家》杂志给理论物理学家萨拜因·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）的提议起的一个俏皮标签。根据她的畅销书《迷失在数学中》（Lost in Math）
，现代物理学已经由于片面追求“美”而被带入了歧途，产生了那些从数学上看起来优雅的臆测式幻想，却与实验根本不沾边。“自然法则有必要在意我觉得什么东西美丽吗？把我和宇宙以这种方式联系起来，好像非常神秘兮兮的”，霍森菲尔德理所当然地表示了反对意见。

自然界当然可以是复杂的、脏乱的和不可理解的。不过，物理学家称为“美”的东西是结构和对称。如果我们再也不能依靠这些概念了，那么在“理解”和仅仅“对上实验数据”之间的区别就会模糊不清。如果科学必须放弃对简洁和审美吸引力的任何依靠，那么也可以通过计算机去发现一套能对所做观察出具最佳描述的数学等式，以此产生出研究结果；但它就会带着随机且任意的复杂性，而且对实际发生了什么不存在任何直觉把握。

Nima Arkani-Hamed， Physics Colloquium at Columbia University， April 29， 2013.


Wolchover 2013a.


跟多元宇宙一样，科学如果没有美可能会使我们丧失掉理解宇宙的能力。直面挑战，看我们是否仍能找到对宇宙巧合的自然解释，这样我们就已经来到了“本质性物理学中一个惊心动魄的岔路口”
，这是普林斯顿高等研究院的尼马·阿尔坎尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）的看法，他是当今最有影响力的理论物理学家之一。“大自然会是非自然的吗？”科学作家娜塔莉·沃尔乔弗（Natalie Wolchover）问道，而且担心“宇宙可能是无可理喻的”
。

那么就让我们退一步来问一问：对于物质世界中那些最具本质性的问题，物理学家们在传统上是如何应对的？有可能在哪一步上走错了？这些问题的答案与我们把握宇宙的方式是密切交织在一起的。这一点最清楚地体现在我们回想起自己第一次开始去理解身边世界的时候，那时我们还是孩子，而生活就是游戏。在许多方面，物理学家仍然还是像小孩子一样。

百变积木

孩子们玩起积木来就乐不可支。积木可以变成一切事物：桥、城堡、一个温馨家庭所居住的房子、洋娃娃的美容院、一艘海盗船或太空船……孩子天马行空想到什么是什么。当把这些东西打乱以后，还是同样的这些积木，可以被重新组合成下一个玩具。我们是如此醉心于这种想象力，哪怕长大以后也从来没有真正丢失它。而且说到底，可能这就是我们之所以是人的原因。

Harari 2015， p. 24.


Harari 2015， p. 24.


Harari 2015， p. 117.


Harari 2015， p. 27.


Harari 2015， p. 32.


Harari 2015， p. 33.


积木和它们可以被摆弄成的许多东西之间是怎样关联上的，这又告诉了我们哪些关于“现实真相”的道理？在这种情境之中，有一个重要的方面是语言，以及对完全一模一样的事情我们可以用很多不同方式去谈论它。以色列历史学家尤瓦尔·诺亚·赫拉利（Yuval Noah Harari）在他的最畅销书《人类简史》（Sapiens：A Brief History of Humankind）中论证说，“我们语言中真正独一无二的特征不是它有能力把人群与狮群的信息传递出去”，而是，“它有能力把根本完全不存在的事物的信息传递出去”
。赫拉利坚持认为：“只有智人才会谈论并不真实存在的事物，而且能在早餐之前就听信六件不可能的事物。”
 按照赫拉利的看法，宇宙飞船或洋娃娃的房子都不过是被注入了想象力的积木而已。而且这类游戏不仅仅只是孩子们的，它是货真价实的人性的一部分：“法律、金钱、神祇、民族。”
赫拉利继续道，“任何大规模的人类合作——不论是现代国家、中世纪教堂、古代城市或一个原始部落——都植根于一些共通的神话传说中，它们只存在于各民族的集体想象中”
。赫拉利论证道，这项“用词句创造出想象中的现实”的能力“使大批素不相识的人能够进行有效的合作”
，并且最终“开通了一条文化进化的快车道，绕过了遗传进化的交通拥堵”
。

Harari 2015， p. 31.


这是一个很机巧的假说。但是我们真的能否认像金钱、股份公司或法律这样的实体也是现实的一部分吗？毕竟，缺钱、股市大跌或犯法都能让我们陷入严重的麻烦。再者，如果赫拉利强说，这类“虚构事物，社会构建或想象出来的现实”
 仅仅存在于人们的想象之中，那么我们必须把与此相同的批判精神扩展适用于人与生物有机体自身 ——它们，同样真的存在吗？

有请埃尔温·薛定谔上场。对于这位一直在与海森堡较量谁才是量子力学正解的量子先驱来说，希特勒的掌权，以及他对纳粹的蔑视，就意味着一段奥德赛般曲折旅程的开始。薛定谔先是于1933年离开德国去牛津就职。但是在那座传统的、方方正正的大学城，人们不接受他与安妮和另一个女人同居在一种“menage a trois”，也就是法语的“三角家庭”关系中。于是他于1936年决定搬回他出生的奥地利，而奥地利却很快于1938年被纳粹占领了。在这种情况下，薛定谔已被认为“政治上不可靠”，他发现自己已经被解雇了。薛定谔再次打包，最终在爱尔兰的都柏林安顿下来，在那里他发表了一系列公开讲座，思考了“生命”到底是什么的问题。

Schrödinger 2014， p. 69.


为了要给生命拿出一个定义，他把生活过程说成是物质的一个属性。“生命的典型特征是什么？什么情况下一块物质就被说成是活着的？”薛定谔这样发问，然后给出他的看法：“它得持续去做一些事情，移动，与它的环境交换物质，以及诸如此类，而且，持续时间要比我们觉得一件无生命的物体在类似环境中能够维持的时间要长得多。”
 薛定谔后来把他这些讲座改编成一本有影响力的书，在那本书里他通过生命的惊人稳定性概括出生命的典型特征，帮助铺平了通向分子生物学领域的道路。詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）都确认，他们各自都是独立受到薛定谔的书《生命是什么？》（What is Life？）的启发，从而破解了DNA结构。

最重要的是，薛定谔用以定义生命的是它的功能性，而不是它的物质基础。在薛定谔看来，一个活着的有机体一定要被理解为是一个信息处理流程，而不是一个处于空间和时间中的物体。实际上，薛定谔的看法是有事实支撑的：在人类典型寿命的一生中，人体中大部分的原子都会被替换掉，但具体个人的人格个性不受更改。

Goldstein 2019， p. 35.


Goldstein 2019， p. 35.


薛定谔论述后面的基本精神当然不局限于对生命的解释，而是可以推而广之应用于任何种类的宏观现象。举例来说，在18世纪探险家、博物学家和革命家乔治·福斯特的游记中就能找到对这一观点的一段精彩讲述。他用诗意的语言描述了海洋中的波浪是如何“升起来像高塔般矗立，散成泡沫又消失；它们又在广阔无垠中被吞没。自然法则之冷酷无情在哪里也比不上在这里更惊心动魄”
。福斯特感觉到，同时也意识到，“人在哪里也不会比在这里更真切地感觉到，面对着物质的庞然整体，波浪是唯一能穿越隔世之点的东西，从不存在回归到不存在；然而，那个庞然整体继续滚滚向前形成一个永恒不变的单体”
 。这一哲学思想又可以追溯到柏拉图，他在自己的《蒂迈欧篇》中把组成自然界的基础元素看作是烙印进物质依托或基础中的信息图案，是“存在物的助产士”。把《蒂迈欧篇》与《巴门尼德》相比较，就很容易把这位“存在物的助产士”当作是“太一”，也就是那宇宙硬件。在这个意义上，波浪，或者说生物有机体就更像赫拉利所称的“社会构建”而不是物质本身。因此说到底，如果我们否认股份公司是现实的一部分，那我们就得把大海啸和我们自己的真实存在性也一起否定掉。

Carroll 2016， p. 20.


也许把世界看作不是绝无仅有的唯一一个，而是存在着许多平行现实世界更能讲得通一些。“只有一个世界，自然形成的世界”，但是“谈论世界的方式可以有很多种……最佳谈论方式取决于我们在当下要达到的目的”
，加州理工宇宙学家肖恩·卡罗尔在他的书《大场面》（The Big Picture）中强调说。就像小孩子一样，这都取决于我们想要玩什么，我们是把积木说成是美容院还是城堡。但是另一方面，一旦我们接受存在许多现实世界的概念，新的问题就来了：所有这些现实都是存在于同等地位上的吗？还是其中有一层在特性方面要更具本质性一些，或者说相对于其他层面，它属于更“优先”的级别？

世界只有一个……只是谈论角度不同

哪个更真实，是森林还是树木？是活着的有机体还是构成它的原子？2010年前后，美国哲学家乔纳森·夏法尔（Jonathan Schaffer）正在思考这些问题，然后他得到了一个灵感启示：这些问题没有意义！

Schaffer 2010， p. 31.


这些概念之间的实际差别不是哪个更真实或更不真实，而是哪个更具本质性或更不具本质性。“想象一个圆圈和它的一对半圆”，夏法尔提出问题并问了他自己：“哪一个是优先级的，是整个的圆还是它的两部分？两个半圆是依存于整体而被抽象出来的呢，还是圆圈是从它的两部分衍生构建起来的呢？”
 接下来，夏法尔继续跟进，把他的问题推而广之套用到整个宇宙：“现在把圆圈换掉，想成是整个宇宙（那个终极的具体的囫囵整体），把那一对半圆换成是亿万粒子（那个终极的具体的部件）。哪个，不论哪个，属于终极意义上的优先级，是单一的那个终极囫囵的整体还是它的许多终极部件？” 他得出了一个未曾料到的结论：现实世界的本质性层面不是建立在构成它的部件上的，而是宇宙本身——不能把它理解为所有组成它的事物的一个总和，而要把它看作是一个单独纠缠中的量子状态。夏法尔以一元论的立场解释说：“一元论者认为，整体是优先于其各个部分的，而且因此认为宇宙是本质性的，从这个‘太一’蜿蜒而下，有了形而上学的解释。” 类似的思想在更早之前就有过表达了，比如海森堡的朋友和学生卡尔·弗里德里希·魏茨泽克。根据夏法尔和魏茨泽克，在最具本质性的那层现实上，只存在着唯独一样东西——量子宇宙。

Schaffer 2010， p. 32.


Schaffer 2010， p. 33.


但是，如果是这样的话，它难道不是又一次让我们退回到同一个老问题，把股份公司、大海啸，或是我们自己说成不是真实存在，这好像不像话吧？夏法尔也爽快承认了，人们大概要争辩“照这样一个观点的话，连粒子、石子、行星或者世界的任何构成部件都不存在了，只剩下一个‘太一’了。就冲这种解释，可能一元论就活该被嗤之以鼻，因为它明显不对”
 。不过夏法尔并不认同，因为对一元论的这种认识是基于一个本质性的误解：“历史上一元论的核心思想不是说整体不是由部分组成的，而是整体是优先于其各部分的。”
 我们一再把物质、空间和时间说成是“幻象”。但是我们所说的“幻象”究竟指的是什么呢？显然我们的意思并不是说，这些都是选择的问题，我们可以干脆决定，我们是愿意生活在一个由空间、时间和物质主宰的宇宙还是不愿意。事实上，当物理学家们笼统地把时间说成是“幻象”的时候，他们通常的意思是，它绝不是宇宙的本质性特性，而是我们看向宇宙的那个视角的特性。那当然不排除时间会造成真实影响，然而有人可能会争辩说“幻象”根本就不是个合适的字眼。有一次卡洛·罗威利（Carlo Rovelli）写信给我说他更愿意把时间说成是“视角性的”。然而，哪怕是海市蜃楼也是真实感知到的，甚至还可以拍成照片的。所以，在海市蜃楼幻象中，真实的感受是与一个面前景致中并不存在的东西联系在一起的。具体到时间来说，我们将要在第7章看到，之所以说它是幻象，是因为我们所体验到的时间，是与本质性宇宙的一个可以说并不存在的特性相联系的。照夏法尔的说法，它根本就不是那个属于“优先级”的东西的一部分。

那么，“优先级”在这里到底是什么意思？对于小孩子们来说，回答很简单：积木就是你的本质性的构筑材料，排列得复杂一点，弄成船或房子的样子，是这些积木可以用来做的事情。与此类似的，从一位粒子物理学家的观点来说，这些属于本质层面的积木可以是夸克、电子和中子，再加上一些量子，让它们互相作用，再加上希格斯玻色子，赋予它们质量。这当然是个过于简略的讲解。在现代粒子物理学中，粒子被理解为量子场的激励，而不是像积木一样的物体。提供本质性宇宙构建单元的会是量子场，而不是粒子。而且根据普遍流行的看法，在更高能量等级上还会冒出更具本质性的场。毕竟，这就是为什么粒子物理学家们在探索物理学基础的时候要利用加速器：因为预计物理学的基础会在最高能级上找到，它是与可能有的最小的距离尺度对应着的。根据某位粒子物理学家的思想来说，更具本质性意味着更简单，而更简单就意味着更小。

孩子们对积木的万能可变性乐不可支，把它变成喜欢的随便什么东西都行，但他们通常不会奇怪为什么反过来就不行。不论你把你那积木堆成的城堡或海盗船怎么拆解，它还是原来那堆积木，不会变成一套芭比娃娃或火柴盒汽车。对于纠缠中的量子状态，这就不一样了：如果你把一个左旋，一个右旋的两个粒子插接在一起，等你把由此形成的那个东西拆解掉的时候，它不光可以退回到原来的两个粒子，而且同样还可以是一个粒子围绕着一个垂直轴自旋，另一个的自旋方向则与之相反。在这种情况下，要想断定什么才是真正带有本质性的，是构成部件还是复合体，就变得模糊不清了。在这种情况下怎么区分什么是幻象，什么是现实？有可能对这个问题做决断吗？

自然界中被描述的事物之中哪些更具本质性，哪些较不具本质性，哲学家们用“显现”这一用语来形容它们之间的关系。说某一层面的被描述物（例如生物学或海盗船）是弱显现或强显现，指的是它的自然法则不是得自一个更具本质性的层面（例如原子物理或积木）上的法则，不论是在实践中还是从本质性上。对弱显现的存在没人存疑——要描述股票市场的话，没人会想到要去统计这里面所牵扯到的基本粒子的表现——但是另一方面，要接受强显现则与相信奇迹没有太大区别。毕竟，如果更带本质性的层面连原则上都描述不了更高更复杂层面上的各种现象，那么那个本质性层面同样也就不能制约更高层面上的可能性空间。例如，如果根据爱因斯坦的相对论，粒子不能比光传播得更快这个事实并不同时意味着生物有机体不能以超光速奔跑，那同样就没有什么东西能阻挡耶稣在水面上行走了。已知物理学法则的任何外推法，意思是把这些法则在新条件下做任何应用，都会成问题。这么一来，整个的科学努力都不再有任何意义。事实上，就是这一见解完全清楚地表明了把科学建立在稳定可靠的基础之上是多么关键。

一旦我们排除强显现的可能性，就会很清楚地看到，不是所有现实都带有同等程度的本质性。实际情况是，更带本质性的现实会制约较高层面上的可能性空间：虽然更带本质性的现实或自然法则对较高层面仍然起作用，但是较复杂或较高层面的理论现象当被反推到更带本质性的构成部件上的时候，就未必行得通。显然，只有事先接受了存在着生物有机体这个观点，社会学才能有意义；而粒子物理学则反之，不依赖任何这类前提条件。

这一观点提出了科学的层级性，与法国哲学家奥古斯特·孔德（Auguste Comte）的主张类似。在这个层级中，物理学定义了基础，化学是较外层原子轨道的物理学，生物学处理的是复杂有机分子的化学，心理学描述的是神经系统的生物学，社会学和经济学讨论的是大数量个体的心理学。人们似乎会天真地认为，越是更偏本质性的现实，构成它的定义性特征的部件当然就越小。然而，尺寸大小在这里并不真的是个问题。

我们越仔细观察，就越意识到，我们必须对传统的还原论概念做修改。一旦我们把社会学和心理学还原为生物学，很明显还原论就不能再被理解为一种唯物主义观念，而应该是一个信息理论中的概念了：一支足球队还是那支同样的队伍，即使一名球员被转卖；一个民族国家还是那个同样的国家，哪怕那位外交部长被炒了鱿鱼。原因是，一支足球队或一个国家的运作不依赖于把每位运动员或政治家个人的性格特征全部加在一起。举例而言，如果某个人偏爱太妃糖，而不是纯巧克力，这通常影响不了他的健康状态或外交技巧。

这里重要的是，物理学家，或一般意义上的科学家，都是以各种不同程度的准确性对大自然进行描述的大师。只要有可能，他们就会只考虑与他们要解决的问题相关的信息。例如，当物理学家想计算加农炮弹的弹道轨迹时，大多数情况下把加农炮弹想成球体就足够了，哪怕存在一些微小的变形。把这些微小的变形忽略掉，会使物理学家的工作省事些，也使描述加农炮弹会落到哪里的方程有解。在这个例子中，微观物理学比球形加农炮弹的物理学更具本质性，但也不那么有用。在有缺陷的加农炮弹的例子中，还原论是按功能对较高层面的被描述物进行定义（在这个例子中是按预定的弹道轨迹飞行，击中并摧毁目标）。能否对复杂物体进行成功描述，取决于能不能找出与它们的特定用途最相关的信息，并忽略其他一切东西。相比之下，更本质层面描述的现象就更不会丢弃任何信息。

因此一个被描述的“现实真相”（或简单说“真相”）越偏于本质性，它丢弃的信息就越少。按照卡罗尔所写，我们是否会合乎情理地忽略掉一些信息，这取决于“我们在当下要达到的目的”，是它“决定了最佳谈论方式”。那么，越带本质性的真相也就同时越不受一个实际目标或观察视角的影响，越独立于观察者。反过来说，典型的情况就是，越是层面高的被描述物就越是建立在与底层关系不大的概念上，越依赖于信息处理，而不是它实际构成部件的特性，因而从这个意义上来讲也就更加理想化了。

把无知量化

物理学家们甚至还为他们所忽略的信息量发展出一种衡量尺度，是一种叫做“熵”的量。熵经常被误解为混乱程度的量化指标。这有个原因：如果说一个没打碎的杯子是处于低熵状态，那么杯子从桌子上掉下去形成的杯子碎片就极佳地说明了什么是高熵状态；然而，熵的正确定义是一个“宏观状态”对应着多少数量的“微观状态”。那么这又是什么意思呢？简单来说，“微观状态”是完全摸透且有确切指标的状态。不是这样的状态就是宏观状态。

以一辆汽车为例：一辆汽车要么完好无损，要么坏了。虽然汽车完好无损的状态只有一种可能（所有的部件都在它们该在的位置上），但一辆汽车的破损就可以有许多方式：少了一个车轮，前风挡玻璃碎了，底盘撞烂了，这个清单可以一直这么写下去……在这个例子中，宏观状态“完好”的熵值就小，而宏观状态“破损”的熵值就大。这也解释了它与混乱的关系：在一间整齐的房间里，我们知道每一件东西都在哪（低熵值），也就是属于它的那个准确位置，可是在一间混乱的房间里，我们不知道东西都在什么地方，我们只知道它们不在属于它们的位置上。所以，混乱的房间熵值就高，因为缺失了各样东西的位置信息。

为了说明这一点，我们可以把一种显现理论的原型例子拿来一用：热力学化身成的统计力学。在热力学中，诸如气体或液体这些状态是用温度、压力或容积这类参数来描述的。尽管这些量词普通常见，但它们不具本质性，因为不与构成部件的原子数或分子数的特定配置（也就是微观状态）相对应。相反，它们代表的是微观状态的一个统计平均值，那个宏观状态。举例来说，气体的温度可以与其构成部件的原子的平均能量相关联。

汽车的破损状态多种多样，但汽车完好只有一种可能的状态。于是宏观状态“破损”就对应着很多微观状态，也就意味着熵值大，而宏观状态“完好”则只对应着唯一一种微观状态，熵值消失中。

更具体地说，与一个特定宏观状态相对应的微观状态数量的标准化对数就被定义为熵。


熵的概念描述的是，多少个具体的微观状态相当于某一特定的宏观状态
。如果我们把一罐水加热到93.3℃，它的熵值告诉我们，对应着那些水分子存在着多少不同的配置，在这些配置中它们有准确标定的能量，相当于同样的93.3℃的平均值。这样，熵值可以被理解为所需的缺失信息，用它可以从某个特定宏观状态中找出确切的微观状态。现在记住要描述一种真相的本质性，我们的定义是没有信息被丢弃。这样，有了熵的概念，就让我们找到了相比传统还原论中那个滥用的构成部件概念来说更具普遍性的一个关于本质性的概念。微观状态具有本质性，宏观状态不具有本质性。

因此之故，宇宙的本质性状态为零熵值。回到量子力学，众所周知，当我们从纠缠着的量子系统中认出一个部件时，所谓的“冯·诺伊曼熵”的值就增加了，这是因为丢失了信息，这对应着的是此时该部件与其环境之间的连接环节被忽略掉了。认出部件意味着丢弃把宇宙统合成一个整体的那些相关信息，而丢弃信息则意味着我们采取了一个粗颗粒的视角，而不是一个本质性的视角。由于这个缘故，宇宙的本质性状态不能是一个构成部件，它必须是那个完全纠缠着的系统，包括一切事物——观察者、被测量的系统以及环境，也被称为量子宇宙本身。正是这个概念，这个认为科学的基础应该建立在最具本质性的描述之上的概念，意味着一元论对物理学的相关关系。它还意味着，以高能量或以找出越来越小的构成部件这种传统方法去寻找大自然的根基是被误导了的。

Susskind 2006， p. 378.


Susskind 2006， p. 379.


这一缺陷甚至在弦理论中也正在变得明显，弦理论是以微小构成部件来解释宇宙的一种最激进的方式。正如弦理论先驱莱昂纳德·萨斯坎德所指出的那样，在“弦理论中……没人知道……基础的‘建造部件’是什么”
。研究的理论不同，具体得出的解也不同。有时候那个一个维度的，顾名思义的弦看起来具有本质性，而在另一些时候，被称为“膜”的具有更高维度的物体看起来更具有本质性。萨斯坎德把“那个景观”，也就是有可能给这个理论找到解决方案的那个领域形容为“一个梦境，在它里面，当我们四处移动的时候，积木和房子渐渐交换它们的角色。一切事物都是本质性的，又没有一样东西是本质性的……答案取决于在这个景观中我们一时对它产生了兴趣的那个区域”
 。

当我们回顾起导致我们开展粒子物理或弦理论研究的起因时，这一发现就成了高度恼人的问题。粒子物理学是个几十亿美元的大工程，又几乎没有什么实用效益。除非它能给科学基础拿出个定义来，或者至少对这项探索有所贡献才能说得过去。如果这些基础靠不住，那么把资金和智力投入到这些领域的说辞也就靠不住。但是，弦理论学家没能从弦理论中找出本质性的构件这一事实，并不意味着我们必须整个放弃本质性这个概念。它只意味着，通过聚焦于越来越小的尺度和越来越高的能量，我们就不再看到整体的形象了；通过把世界拆分开来的方法，我们丢弃了把宇宙归拢在一起的那些环节。

事实上，粒子或弦都是量子，所以我们对量子物理学是怎样理解的，就直接决定了我们如何理解粒子和弦。如果粒子物理学或弦理论声称找出了物理学的基础，那它们就不可以依赖于否定量子是现实一部分的哥本哈根诠释。很明显，如果量子物理学不只是用来给经典物理学物体做预测的一个配方，那么这对于粒子物理学和弦理论也同样成立。这种思路无法使物理学作为一个学科整体安全落地，落到一个坚实的基础上，毫无希望，更不要提整个科学了。如果另一方面，量子力学被当作关于大自然的一个理论认真看待，那么量子纠缠现象就意味着子系统不可能具有本质性；具有本质性的，是那个纠缠中的量子宇宙。

本质性的层级：充斥宇宙的缤纷万物是由原子构成的，原子又是由更具本质性的粒子构成的。粒子本身则是从最具本质性的量子宇宙中抽象出来的。

粒子物理和弦理论如果要哪怕稍许有一点用处，就必须被重新诠释，才能在量子力学的这层简单意义中讲得通。粒子和弦两者都必须立足于一个更具本质性的层面，就是那个量子宇宙。应该承认的是，这样一个重新诠释不会是个轻松容易的任务。将有必要详细研究粒子与弦是如何与整个宇宙的量子形态相关联的，又是怎样显现出来的。但这么做是必要的，这样才能让粒子物理学和弦理论去做它们擅长的事情，也就是去给物理学的基础下定义，这也许能帮助解决粒子物理学和粒子宇宙学今天所面临的那些问题和解释不通的现象。

“自然形成的自然”和量子宇宙

那么，科学有了一元论作为基础后，对于基础物理学今天面临的挑战又能有什么帮助呢？正如我将要论证的，那些导致今天的粒子物理学和宇宙学都快要难以为继的疑难巧合现象，如果以专注于整体而不是局部的视角来考量，可能就迎刃而解了。

对于人们经常辩论的对称性和数学美这两个概念，我们先来揭开它们那被人遗忘了的起源。正如历史已经一而再地告诉过我们，是对统一性和数学美的执着追求铸就了现代物理学，这是一元论哲学的一份遗产。统一性的胜利征程没有止步于牛顿和麦克斯韦。19世纪认识到电、磁和光学都是电磁现象的不同表现之后，在20世纪，电磁学与新发现的造成核β衰变的弱力统一起来。负责把夸克限定在中子和质子中，并把中子和质子保持在原子核内部的是强力，而对强力进行描述的，是描述量子版电动力学的那个理论的通用版。最后，最早在1970年代发展起来，但迄今还没有在实验中得到确认的大统一理论，在努力将夸克和轻子，也就是大自然的各种构建块当作唯一一种粒子的各种不同状态来描述；并将除引力外的各种已知力当作唯一一种力的不同方面来描述。这项工作里的中心元素是对称性，而对称性，通常当科学家们热衷于物理规律的美的时候就会显发出来。根据艾米·诺特，也就是格蕾特·赫尔曼在哥廷根时的天才导师的说法，无论何时当一个理论遵循某种对称性的时候，意思是说，无论何时当一个理论中的各种因素调换位置或轮替变换，不管是在正常空间还是在抽象的数学空间，而它的物理规律仍然保持不变的时候，这就意味着存在着守恒量。比如动量就是守恒的，因为同样的物理学规律适用于空间里的不同位置，也就是说在空间转换下它是对称的。有一个直观的例子，就是一个物体以恒速沿一个平坦的平面移动，你可以把它改变朝向，但任何方向而没有什么不同。然而让一个物体在一个带坡度、坑洼或减速路障的平面上加速或减速，换了位置的话就不一样了，其结果就是再也不能保持动量守恒。与此类似的是，比如能量就是守恒的，因为同样的物理规律在不同时间也成立，也就是说在改变了时间的情况下它是对称的。1932年，海森堡把这些在空间和时间方面的转换推而广之到希尔伯特空间里不同类别粒子间的来回变换。由于意识到，质子和中子的行为几乎可以互换——如果忽视掉它们的电荷不同的话，于是他把这两种类型的粒子看作是同一个物体的不同状态。这一逻辑在大统一理论中被运用到了极限，根据它，把所有（或大部分）已知类型的粒子都互相掉换了，其物理规律仍保持不变。以类似的思路，1980年代在粒子物理学家们当中变得流行的超对称性，其目标是要统一各种力和物质；而弦理论则试图用“万物理论”统一一切已知的力，包括引力。如果我们怀疑这种方式为什么有道理，并奇怪它过去为什么一直那么成功，这也许是因为我们忘了这么一个科研范式原本是从哪里来的。

重要的是要意识到，现代物理学对统一性的追求只是在半心半意地应和着一元论：对于那个深藏心底的谜团，为什么宇宙的所有地方和整个历史似乎都是由同一套物理法则主宰着，通常得到的解释是，宇宙中的一切事物都是由同一套粒子构成的，那就是夸克和轻子。这个从字面意义上来看，以及用批判的眼光来审视，根本就不是一个解释。毕竟根本没有东西可以解释，为什么各种粒子本身在宇宙中的不同位置和时间上都是同一种表现。量子场理论把这些粒子不是看作单个物体，而是看作弥漫于宇宙中的量子场的激发。这既是一个更好的解释，也是朝一元论方向迈出的一大步，因为它所包含的意思是，粒子不是一个个互相独立的个体，而全部都是一个统一场的一部分。事实上，同一个夸克或轻子的不同副本都是根本没法区分的。现代粒子物理学中广泛流行的概念，例如大一统理论和超对称性理论，还更向前迈了一步，它们猜测在自然界遇到的不同种类的量子场实际上只是唯一一个量子场的不同状态而已。但它与柏拉图的“太一”仍然有所不同，这个统一场被认为是在空间和时间中演变着的。只是在相当晚近的时候才发现，迄今为止，量子纠缠在量子场理论中的重要性还没被充分认识到，而这对我们理解空间和时间究竟是什么将会造成意义深远的影响。

对于我来说，把大一统和数学美这些不是以实验研究为依据的指导原则之所以能成功，看成可能是因为它们植根于量子力学的一元论意味中，似乎不无道理。这把我们带回到那个突出的两难谜题，一方面是一个可理解的独特宇宙，另一方面是急不可耐地提出多元宇宙和丑宇宙这种替代解释。丑宇宙，没错，自然界可以是复杂的，混乱的和不可理解的——不过那是从经典物理学的角度来看。但自然界不是。自然界是量子力学的。经典物理学是我们日常生活的科学，在这里物体是分开的、单个的事物，但量子力学则不同。比如说，你汽车的车况与你妻子裙子的颜色没有关系。但是在量子力学中，有过一次因果接触的事物就保持着互相关联，因为量子纠缠。这种互相关联构成结构，而结构就是美。于是，物理学意义上的美可以让我们体验从青蛙的视角，朝那个隐态而独特的“太一”窥视过去的一瞥。

但是多元宇宙怎么办？难道我们相中了量子力学，赞同了有许多埃弗莱特分支的多元宇宙，以此来证实物理学之美——就把宇宙的独一无二的特性牺牲掉了吗？正像我们已经在第3章中指出的那样，不是这样的情况。认真接受量子力学的观念就意味着，多元宇宙的内在本质只是一个独一无二的、单个的量子现实，这是已经由埃弗莱特和蔡赫说明了的。这么一来有意思的是，这一结论也适用于其他多元宇宙概念，例如，“弦理论景观”中不同“山谷”中的不同物理法则，或在永恒的宇宙膨胀中冒出的其他“婴儿宇宙”。不论你有什么样的多元宇宙，只要你采用了量子一元论，那它们就都只是一个囫囵整体的一部分。由于这个缘故，构成多元宇宙的许许多多宇宙，其“现实真相”永远是在一个更具本质性的层面上，那个层面是仅此一个、独一无二的。

Aguirre & Tegmark 2011.


Nomura 2011.


Bousso & Susskind 2012.


正像我们在前面已经看到过的，一元论和埃弗莱特的多世界都是把量子力学认真看待后做出的推测。这些观点之间的区别仅在于视角。在局地观察者，即那青蛙视角看来像“很多世界”的东西，在鸟类的全球性视角（例如有什么人能从外面朝整个宇宙看过去）看来就只是单个的、独一无二的宇宙。这一见解在最近对多元宇宙的重新思考中反映出来。2010年，安东尼·阿奎尔（Anthony Aguirre）和迈克斯·泰格马克写了一篇文章，对无限宇宙中的量子力学进行了探索。他们总结道，在一个无限的宇宙中，一切潜在可能的事物反正都会实现的，因此就“自然而然地为从统计学角度解释量子力学现象做好了铺垫”，它是从量子力学的概率中自动跳出来的，所以这不只是拿出了一个把“埃弗莱特诠释的多世界”统一“……进‘太一’”里的“从宇宙学角度诠释的量子理论”
。一年以后，野村泰纪（Yasunori Nomura），以及独立于他的拉斐尔·布索（Raphael Bousso）与莱昂纳德·萨斯坎德两人分别进一步发展了这些思想：野村写道“永恒膨胀的多元宇宙和量子力学中的多世界是一回事”
， 而布索和萨斯坎德则说“量子力学的多世界和多元宇宙的多世界是一回事”
。在量子力学背景下，多元宇宙的各种概念很容易就被具有统合性的“太一”整合进去。

Erich Joos， E-Mail to the author， February 16， 2020. Frage： Sollte nicht statt dessen die fundamentale Physik mit der Wellenfunktion des Universum beginnen und dann durch Dekohärenz Raum， Zeit und das Standardmodell der Teilchenphysik ableiten？ Erich Joos： “Ja， das ist eigentlich das Programm.Die Frage ist nur， was man noch ‘reinpacken’ muss. Dass man allerdings das Standardmodell ‘ableiten’ kann， finde ich extrem optimistisch.


Witten 2018.


如果从理论来看，宇宙的本质就是宇宙本身，也就是人们所说的“太一”，那就意味着必须把科学建立在量子宇宙学这个基础之上。物理学应该从宇宙的量子力学态向量着手，而且应该从这一具有本质性的理论描述中，通过量子退相干把空间、时间和粒子物理的标准模型推导出来。当我把这一方式向艾里希·朱斯提出的时候，这位量子退相干先驱兼H. 迪特尔·蔡赫从前的学生，他不太情愿地同意了，“是的，原则上就是要这么做的。唯一的问题是，还必须把什么其他东西放进去。标准模型可以被‘推导’的这个说法，依我看应该属于极端乐观了”
”。在这种大背景下，极为有意思的是量子引力领域前沿研究人员们已经开始仔细审视对称性的深层意义和基础性作用，这通常被认为是粒子物理学的核心支柱。爱德华·威滕（Edward Witten）是一位领先的弦理论家而且经常被认为是世界上最伟大的理论物理学家，他发现“在粒子物理学的现代理解中，全局对称性（像动量、能量或电荷这类守恒量的原因）是近似性的，而规范对称性（各种力背后的原理）可能是显现出来的”
。

Rovelli 2014.


Gomes 2021.


Tegmark 2015.


Vaidman 2016.


Carroll & Singh 2018.


H. Dieter Zeh， E-Mail to the author， April 13， 2018.“Ihr Artikel geniesst meine volle Sympathie.Er enthält sicher einige ganz neue Gesichtspunkte philosophischer Art -auch zu meiner Interpretation.


但是规范对称性又能从哪里显现呢？卡洛·罗威利倡导一种研究弦理论的替代方式，叫“圈量子引力论”，他也是一位著名的畅销书作家，论证说规范对称性构成“把各种系统耦合起来的把手”，而且它们反映出“物理数量的关联结构”
。事实上，规范对称性把各种力的存在与在不同的空间-时间区块中以不同方式自由地重新定义物理学联系起来，从而揭示出时空连贯性。在罗威利和其他人成果的基础上，恩里克·戈麦斯（Henrique Gomes），剑桥大学的一位理论物理学家和哲学家，认为“整体论就是实证意义上的对称性”
。这些思路想法有可能最终成为把基础性对称规律与一元论量子宇宙连接起来的初次尝试，并最终把这些规律从那里推导出来。与此同时，越来越多的物理学家开始以具有本质性的量子视角为出发点来探索物理学：迈克斯·泰格马克发起了一个叫“拾零物理学”
的项目，俄裔以色列量子物理学家列夫·威德曼（Lev Vaidman）提出了“一切都是心理（All is Psi）”
，还有阿什米特·辛格（Ashmeet Singh）和肖恩·卡罗尔提出的“疯狗埃弗莱特主义”
。H.迪特尔·蔡赫本人，在一份写于2018年4月13日，也就是在他不测逝世之前仅两天的电子邮件中确认，“（他）全心全意赞赏”这样一种由我本人提倡的研究思路，并且认为这一思路“确实提出了一些全新的哲学理念”
”。

到最后，以一元论为基础的方式也能解决粒子物理学和宇宙学中遇到的微调问题吗？我相信这是有可能的。不要忘了在物理学中，一元论把自己展现为量子纠缠。量子纠缠，就是在量子物理学中整体大于它的各个部分的原因。正像在玻姆版本的EPR悖论中的个体自旋，它们永远指向相反的方向，因为它们是一个共同的、纠缠着的、无自旋状态中的一部分。量子纠缠所造成的关联关系，如果不从整体的角度来理解其中各个关联着的子系统的话，也看起来像个奇迹，不可能到可笑程度。如果人只看着这些构成部件，而对完整的量子纠缠状态一无所知，就可能对这一反相关感到困惑，跟粒子物理学家对于构成希格斯质量的各种贡献之间精准调节般的互相抵消感到困惑一样。

从这一观点来看，诸如微调过的希格斯质量或宇宙中的暗能量这类巧合不应该使我们惊讶，它们应该是预料之中的。例如宇宙微波背景的均匀性和微小的温度波动，事实上正好就支持了这一观点，它表明我们可观察到的宇宙可以被回溯到一个单一的量子状态，它通常被等同于量子场，是它为原初的膨胀提供了动力。以此为依据，不妨猜测量子纠缠有可能从哪些角度帮助我们去理解，比如说，希格斯质量中那难以置信的微小数值。我们最初遭遇到的量子纠缠，它是出现在由很多粒子构成的量子系统中的一个现象。但是与玻姆的自旋着的构成部件不同，在希格斯玻色子这里我们面对的是单独一个粒子。在这种情况下量子纠缠能起任何作用吗？对于单独一个粒子来说，有量子纠缠这么一说吗？

Terra Cunha， Dunningham & Vedral 2006.


事实上是有的，就像2005年多位量子信息科学研究人员以一个光束分束器为例所指出的那样，这些人当中有斯蒂芬·J. 范·恩克（Steven J. van Enk）和弗拉特寇·维德拉尔（Vlatko Vedral）。光束分束器是种技术装置，把打进来的光线分成两个组成部分，然后把它们向不同的方向打出去。如果一个光束只包含单独一个光子，这个光子就被派发至两个不同的位置，这种场景形态通常被称为“量子叠加”。但是正如范·恩克、维德拉尔和其他人指出的，这种场景形态从数学来讲就相当于量子纠缠（它可以被理解为一个“复合”状态的叠加，这个复合状态是由“粒子此”和“非彼”以及“粒子彼”和“非此”这些场景形态构成的）。不仅如此，这一状态还可以被用来像原来的样本一样准备多粒子系统的纠缠。维德拉尔和他的合著者总结说，“一个粒子的量子纠缠跟两个粒子的量子纠缠一样管用”
。在多粒子系统的量子纠缠中，对构成部件层面那种完全令人意想不到的关系，能做出解释的是整体状态的对称性或者反对称性（它的特性是具有确定的总自旋）。如果貌似经过微调的，向希格斯质量做贡献的真空波动可以被理解为处于量子纠缠中，那么有没有可能有什么类似的东西在起作用？有没有可能存在着一种隐态的对称性，只有当希格斯质量的全部贡献都被相加之后才会显现出它自己，而不是在单个贡献中显现？

Nima Arkani-Hamed， 2021年5月24日致本书作者的电子邮件。


2021年4月新冠疫情期间，作为年轻一代粒子理论学家中的大师级头脑之一的尼马·阿尔坎尼-哈米德在作一次线上讲座，恰恰就是在对这些隐态对称性进行思考，以便对那经过微调的希格斯质量作出解释。我看着屏幕上的他问道，在这种情况下量子纠缠有没有可能起到关键作用。“你说的这些字眼，听着好像有可能变得很有意思，但是我想，困难在于量子纠缠是量子力学中一个太过于宽泛的特性了，而且存在着很多其他的场景形态……在其中量子纠缠扮演的（无处不在的）角色好像也都是完全一样的分量……，但是在这些方面用自然规律就能完美解释了”。阿尔坎尼-哈米德回答道，还加上一句：“我想如果这些想法能有关系的话，他们应该对希格斯……场景形态加以特别利用——可能尤其要包括引力——但是那样的话就超越了‘仅只’谈论量子纠缠了。”

Wolchover 2022.


虽然对我的问题到现在还没有最终答案，但是越来越多的物理学家们现在开始探索一种可能，我们观察到的那种小希格斯质量是由高能量和低能量物理学以某种出人意料的方式相互协作而产生出来的。形容此类理论的一个口头语叫“紫外/红外混合（UV/IR mixing）”。用娜塔莉·沃尔乔弗（Natalie Wolchover）的话来说，这些理论实质上是“在重新审视一个早已有之的看法：大的东西是由小的东西构成的”
。

Burgess 2021， p. xix.


事实上，希格斯质量如此微小这个问题，经常以一种更加技术性的方式被人讨论，这个问题就是，低能量物理学或大尺度物体应该脱离开高能量物理学或小尺度构成部件的那些细节。正如克利夫·波杰斯（Cliff Burgess），加拿大安大略省圆周理论物理研究所的一名粒子理论学家描述的那样：“我们可以就事论事地理解它们当中的每一样，不需要一下子理解所有尺度。这是可能的，因为大自然有这么一个基本事实：小距离物理学的大多数细节在描述较长距离现象的时候是用不上的。”
 这一看法也就意味着，给希格斯质量做贡献的高能量量子涨落的精确细节到了上一定的节点上会变为不相干，也就是说它们可以被忽略掉。但是真的可以吗？

See for example Balasubramanian， McDermott & Van Raamsdonk 2012 and Bingzheng & Akhoury， 2020.


一个量子场可以被想象为一个量子力学弹簧的阵列，跟一张弹簧床垫差不多。这些弹簧振荡的强度大小取决于它们储存着多少能量。原则上人们现在应该料想，正像不同位置上的粒子可以处于纠缠中，那么场或床垫状态有不同的能量级别，对应着或高或低的能量振荡模式，应该也是处于量子纠缠中。顺着这一逻辑，人们可能要好奇，高能量场模式与低能量场模式之间的量子纠缠有没有可能在高能量和低能量之间，或小物体和大物体之间融合到一种分不开的状态，成为量子场理论。就像最近论述过的“重整化”，一种把在计算有限可观察数量时涌现出来的无穷大现象摆脱掉的技术，也许足以把这个问题也解决掉，并且以连贯一致的方式解开高能量和低能量模式之间的量子纠缠
。重整化是一种把无穷大问题掩盖起来的技巧，就是假定它们都包含在一路测量下来的有限数值中，而且这一做法效果奇佳。但是还不清楚，当能量大到使引力都变成了需要考虑的因素时，这类论据是不是仍然保持有效。也许到了这个时候，关于如何处置具有不同能量档次的量子场，其整个思路都需要重新考虑了。举例来说，阿尔坎尼-哈米德喜欢在他的讲座中强调，到了某个点的时候，高能量会不再能探测更小的距离。其原因是，所牵涉的能量变得大到足以使粒子坍塌成一个黑洞，黑洞的大小会随着能量增长而增长。因此从这一点开始，小一点的距离，即使用更高的能量也无法接触到了，它们藏在了黑洞里边，因此，用更高能量去找出更小距离的传统智慧需要重新考虑了。

***

Nima Arkani-Hamed， 2012年10月26日，在普林斯顿IAS讲话：绕不过去的物理法则。


到最后，通过论证物理学的基础不应该建立在粒子或弦的基础之上，而应该建立在一元论的整体上，也就是建立在整个的量子宇宙上，并且通过猜测这种做法如何才能既解决粒子物理学家们在他们那建立在构成部件基础上的理论中碰到的明显不自然而且还带来麻烦的巧合现象，又能解释这些理论以数学美和对称性为基础迄今取得的成功，我们就来到了量子引力问题面前。事实上，以什么方法可以使牛顿的引力与量子力学调和起来，这是个据守在本质性物理学正中心的大黑匣子，这个问题到头来是个甚至比暗能量、希格斯质量或其他微调问题还要麻烦的问题。通过对量子纠缠和引力之间的关系进行探查，我们来到了量子引力研究的前沿。它就是阿尔坎尼-哈米德所称的“21世纪的中央大戏”
。而且它会真正非同凡响地影响到我们对空间和时间的理解。