量子宇宙学可以拯救物理学并能指引我们走向万物理论

“一旦量子力学应用于整个宇宙，它就会揭示一个三千年的想法。”

关键要点

• Heinrich Päs 是德国理论物理学家，多特蒙德工业大学教授。

• 在他的书The One 的这段摘录中， Päs 将量子物理学与一种关于现实基础的古老观念联系起来，这种观念被称为“一元论”。

• 帕斯认为物理学正处于危机之中，他利用科学和哲学来开阔眼界看待宇宙的本质，他的最终目标是“拯救科学的灵魂”。

以下摘自海因里希·帕斯 (Heinrich Päs)的《一，一个古老的想法如何把握物理学的未来》 。

自从发现原子以来，物理学家就坚持还原论的哲学。根据这个想法，可以通过将我们周围的一切分解成由相同的微小成分组成的碎片，以统一的理解来把握自然。按照这种通俗的说法，椅子、桌子、书本等日常用品都是由原子构成的，原子又是由原子核和电子组成的，原子核又包含质子和中子，而质子和中子又是由夸克组成的。夸克或电子等基本粒子被认为是宇宙的基本组成部分。

在过去的 50 年里，为了阐明和具体化这一观点，数十万页的书页上写满了充满奇怪符号的复杂方程式。为了验证这些想法，已经建造了巨大的粒子加速器，管长数英里，价值数十亿美元，以将亚原子物质加速到接近光速，让它与猛烈的撞击一起碰撞，并寻找更小或迄今为止未被发现的碎片。在 NASA 和欧洲航天局的帮助下，工程奇迹已被发射到太空，以窃听宇宙中最早的事件，以了解当世界还只是一团热粒子汤时的样子。

这种理念取得了巨大的成功，但也有一个盲点。原子、质子和中子、电子和夸克由量子力学描述。根据量子力学，一般来说，不可能在不丢失一些基本信息的情况下分解一个物体。粒子物理学家努力寻求一种对宇宙的基本描述，一种不遗漏任何信息的描述。但如果我们认真对待量子力学，这意味着在最基本的层面上，自然不可能由成分组成。对宇宙最根本的描述，还得从宇宙本身说起。

像任何其他专业物理学家一样，我每天都在研究量子力学。我们使用量子力学来计算和预测我们感兴趣的实验、观察和问题的结果，无论是巨型加速器中的粒子碰撞、早期宇宙原始等离子体中的散射过程，还是宇宙中电场或磁场的行为固态实验室实验。但是，虽然我们几乎总是采用量子力学来描述特定的观察和实验，但我们通常不会将其应用于整个宇宙。这有一个令人难以置信的后果。正如我将在本书中论证的那样，一旦将量子力学应用于整个宇宙，它就会揭示一个三千年的观念：在我们所经历的一切事物的基础上，只有一个，

不可否认，“万物一体”的说法听起来不像是一个巧妙的科学概念。乍一看，这听起来很荒谬。只是看看窗外。大多数时候街上会有不止一辆车。一场恋爱需要两个人（至少！），“两三个”信徒需要举行弥撒，一场正式的足球比赛需要 22 名球员。很久以前，天文学家让我们相信地球不是宇宙中唯一的行星，而今天现代宇宙学几乎知道无数的恒星。

但是量子力学改变了一切。在量子系统中，物体变得如此完全和完全融合，以至于不可能再对它们的组成部分的属性说任何话。这种现象被称为“纠缠”，虽然阿尔伯特·爱因斯坦和合作者大约在八十年前就指出了这一现象，但直到现在才得到充分的认识。将纠缠应用于整个宇宙，你最终会得到赫拉克利特的教条“万物合一”。

“等一下，”你可能会反对。“量子力学只适用于微小的事物：原子、基本粒子，也许还有分子。将它应用到宇宙中是没有意义的。” 你会惊讶地发现，越来越多的好的暗示表明这种信念是错误的。仅在 1996 年至 2016 年期间，就有六项诺贝尔奖因所谓的宏观量子现象而获得。量子力学似乎具有普遍适用性，这一发现的后果才刚刚开始探索。

你可能会举手抗议这样的讨论毫无意义。没有任何这种形而上学的思考，物理学似乎也能正常工作。事实是，事实并非如此。目前，物理学正面临一场危机，迫使我们首先重新考虑我们所理解的“基础”。现在，最杰出的粒子物理学家和宇宙学家对极不可能的巧合的实验发现感到疏远，这些巧合迄今为止无法解释。与此同时，对万物理论的探索正在使物理学失去其基本概念，如物质、空间和时间。如果这些都没有了，还剩下什么？

量子宇宙学意味着，现实的基本层既不是由粒子组成，也不是由被称为“弦”的微小、振动的一维物体组成，而是宇宙本身——不被理解为构成它的事物的总和，而是被理解为一个整体- 包容的团结。正如我将论证的那样，“万物一体”这一概念有可能拯救科学的灵魂：相信存在一个独特的、可理解的和基本的现实。一旦这个论点占据主导地位，它将颠覆我们对万物理论的追求——建立在量子宇宙学而不是粒子物理学或弦理论（目前最流行的量子引力理论候选者）的基础上。这样一个概念进一步意味着需要理解，如果一切都是“一个”的话，我们怎么可能将世界体验为许多事物。这是通过称为“退相干”的过程来确保的，这对于现代物理学的几乎任何分支都是必不可少的。退相干是保护我们的日常生活体验免受太多量子怪异影响的代理人。它实现了赫拉克利特的其余信条：“万物皆出于一。”

因此，我们将不得不弄清楚这样一个概念如何改变我们对哲学最深刻问题的看法——“什么是物质？” “什么是空间？“ “时间是什么？”“宇宙是如何形成的？”——甚至宗教人士称之为“上帝”（因为几个世纪以来，包罗万象的统一体的概念与上帝等同）。如果一元论直接来自量子力学，我们也将不得不面对为什么一元论不流行的原因。为什么这对我们来说听起来很奇怪？我们的直觉、贬损反应从何而来？要真正理解这种偏见，我们必须冒险进入一元论的历史。

The One 讲述了物理学中的严重危机和有可能解决它的被遗忘一半的概念。它探讨了“万物一体”的理念，即物质、空间、时间和思想都只是我们对宇宙的粗粒度视角的产物。一路上它讲述了这个概念是如何演变和塑造历史进程的，从古代到现代物理学。一元论不仅启发了波提切利、莫扎特和歌德的艺术，也启发了牛顿、法拉第和爱因斯坦的科学。即使是现在，一元论也正在成为我们最先进的空间和时间理论的默认假设。这是一个充满爱与奉献、恐惧与暴力以及尖端科学的故事。在很大程度上，这是关于人类如何成为现实的故事。