據(jù)國外媒體報道，在物理學中，我們通過猜測發(fā)現(xiàn)新的定律，然后將猜測的結果與實驗結果進行比較。正如著名物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）經(jīng)常被引用的那句話：“你的猜測有多么優(yōu)美并不重要，你就算再聰明也沒有關系……如果它和實驗不一致的話，那就是錯誤的?！?/p>

　　這就是物理與數(shù)學的本質(zhì)區(qū)別。數(shù)學家也會猜測，而他們對真相的最終裁決是嚴格的證明。物理學家可能會使用甚至發(fā)明復雜的數(shù)學工具，但他們卻有著不一樣的終極目標：解釋宇宙的本來面目。因此，實驗在物理學中是必不可少的。

　　當然，實驗驗證可能遠遠落后于我們的理論推測。科學家花了100年時間，才在地球上探測到來自宇宙深處的引力波；希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)則花了50年。二者都需要大量的獨創(chuàng)思維、技術發(fā)展和貨幣投資。這些實驗觀察不僅證實了理論預測，還帶來了一些新的知識，為進一步的研究提供了線索，比如我們預計天體物理源能夠產(chǎn)生可探測的引力波，但并不知道這些源在宇宙中有多普遍；我們有理由相信希格斯玻色子的存在，但仍然不能確定它的質(zhì)量。

　　量子引力的研究是理論先于實驗的極端例子?？茖W家對原子和亞核粒子尺度的量子物理已經(jīng)有相當令人滿意的理解，但對于非常強的引力，目前還沒有得到實驗驗證的量子理論。如果沒有這樣的理論，我們就無法了解大爆炸后的早期宇宙發(fā)生了什么，也無法預測宇航員在難以想象的高密度黑洞中會有怎樣的命運。我們需要實驗來指導方向，但實際情況卻令人沮喪，難以捉摸。

　　粒子物理學的歷史提供了有益的類比。到了20世紀50年代，科學家有了一個與實驗相符的弱核力理論。但由于純粹的理論原因，我們知道該理論存在缺陷，而且并不完整；我們甚至可以估計，該理論的預測在10^-18米或更短的距離尺度上將會失效。最終，強大的粒子加速器終于使科學家能夠在如此小的尺度上探索物質(zhì)，也由此發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，如W玻色子、Z玻色子和希格斯粒子，指向了一個更完整的理論。

　　至于萬有引力，我們有充分的理由相信目前的理論是不完整的。在這里，我們也可以估計新現(xiàn)象必然出現(xiàn)時的距離尺度：大約10^-35米。不幸的是，利用現(xiàn)有技術建造一個能夠探測到這種尺度的粒子加速器，其規(guī)模將和整個銀河系差不多大。很顯然，即使在遙遠的將來，這也是遙不可及的。

　　既然用“蠻力”來研究量子引力行不通，我們就必須找到一種更巧妙、更間接的方法來取得進展。事實上，科學家確實提出了各種在實驗室中探測量子引力的建議，所有這些建議并不一定是徒勞的，只是都需要實驗人員的“英勇”努力。這里就讓我們來討論一種令人興奮的特殊方法。

　　為了理解這種方法，讓我們先把目光投向量子效應下黑洞的形成及其最終蒸發(fā)，這是量子引力研究的典型現(xiàn)象。一開始，在實驗室里做相關的實驗似乎是不可能的，更不用說充滿了危險。但是，也許還有另一種辦法。

　　量子引力的理論研究已經(jīng)在同一物理現(xiàn)象的兩組不同公式之間建立了驚人的等價性。由于這種等價性，黑洞的生命周期可以用完全不同的語言來描述，完全不涉及引力。相反，“雙”量子系統(tǒng)由許多強相互作用的粒子組成。當前研究的目標之一，就是充實能夠翻譯這兩種語言的詞典，并使之具體化。

　　對同一基本物理現(xiàn)象的兩種不同描述的等價性，似乎“僅僅”是一種數(shù)學觀察，但它對實驗的影響是深遠的。事實證明，研究黑洞的非引力描述所需要的實驗工具，正是物理學家已經(jīng)開發(fā)出來的工具，盡管出于完全不同的原因——用來操作量子設備并解決非常困難的計算問題。之所以如此，是因為在量子重力模擬和量子計算中，我們需要存儲一個由許多粒子組成的復雜系統(tǒng)，并精確控制它們之間的相互作用。

　　科學家一直對量子計算和黑洞非常感興趣，二者之間的聯(lián)系令人著迷?？梢钥隙ǖ氖牵孔佑嬎慵夹g還不成熟，所以我們短期內(nèi)無法在實驗室里模擬出一個真實的黑洞。但這沒關系，我們可以將就著研究一些能捕捉到量子引力有趣特征的簡化模型。這些模型都有著一定的指導意義，而且隨著量子技術的進步，科學家未來將能夠進行越來越復雜的實驗。

　　此外，二元性是雙向的。量子計算機不僅能幫助我們理解量子引力；通過將許多強相互作用粒子的行為與引力現(xiàn)象聯(lián)系起來，我們也能更好地理解這種行為。通常情況下，如果我們將一些信息印在一個強相互作用系統(tǒng)的特定位置，這些信息會迅速傳播，很快就變得非常難以閱讀。但是在某些情況下，由于某些尚不明確的原因，信息最終會重新聚焦，并在距離很遠的地方變得容易閱讀。

　　如果翻譯成“雙引力”的語言，這一神秘的過程就更容易理解。在這個框架中，蟲洞連接著空間中兩個遙遠的點。印跡信息在進入蟲洞的一端時消失，然后在另一端重新出現(xiàn)。物理學家希望能對復雜現(xiàn)象做出如此直觀的解釋，而實驗主義者和理論學者的共同努力，必將帶來同樣的深入見解。

　　我們有時擔心，隨著科學的發(fā)展，它會不斷分裂成越來越窄的專業(yè)，彼此之間的相互作用也越來越少。但是，目前也出現(xiàn)了一個相反的、更有力的趨勢：隨著知識的進步，在不同領域工作的科學家發(fā)現(xiàn)他們有越來越多可以相互學習的東西。高能理論物理學家的猜想所推動了在實驗室中探測量子引力的可能，但凝聚態(tài)物理學家、原子物理學家和計算機科學家也提供了必不可少的專業(yè)知識。這些不斷加深的聯(lián)系令人興奮，也讓我們對量子物理學的未來充滿信心。（任天）


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