告诉我们自然定律从何而来,能够告诉我们宇宙在基础层面上是否是确定的,是否每个事件都与一个原因明确相连。
全像干涉仪前的男人:克雷格·霍根,费米实验室的理论天体物理学家。他建造了一台能够对极端微小的空间进行测量的设备。“我希望实验结果能够迫使人们朝着一个不同的方向进行理论思考,”霍根说。芝加哥大学天文学和天体物理学系
块状的宇宙
霍根,量子力学的捍卫者,是一位堪称标杆的物理学家:与其在黑暗中摸索,他更喜欢关注光明,因为那里你才有可能看到有趣的东西。而这正是他当前研究背后的指导理念。相对论和量子力学的冲突,是人们在极端短小的空间长度上进行引力分析时才出现的,因此他想要仔细瞧瞧此时究竟发生了什么。“我希望能够通过实验,来真切地看看究竟发生了什么,来看看究竟出现了什么我们不了解的现象,”他说。
爱因斯坦物理学的基本假设之一,可以上溯到亚里斯多德——这个假设认为空间是连续的,也是无限可见的,因此任何空间长度都可以被细分。但霍根对此提出了质疑。就像屏幕上的照片,像素是它最小的单位,他认为长度也可能有一个无法再分割的最小单位:量子空间。
在霍根的设想中,在长度小于单个空间颗粒的情况下,引力是没有意义的。在最小的尺度上,引力将无法起作用,因为并不存在这样的尺度。换句话说,广义相对论将被迫与量子物理握手言和,因为当物理学家对相对论效应进行测量时,空间本身可以被分割成最小的量子单位。引力表演的现实舞台要让位给量子舞台。
全像干涉仪将向我们展示了解空间潜在量子结构的正确方式(或排除错误方式)。
霍根承认他的理念听起来有点古怪,即便同在量子阵营的许多同事也有这种感觉。从1960年代末开始,一些物理学家和数学家发展出了一种被称为“弦理论”的理论框架,以求调和广义相对论和量子力学;多年以后,这个理论已经成为主流,即便它仍然未完成早期的许多承诺。和霍根的块状空间方案一样,弦理论也假定空间有一个最基本的结构,这是二者的相同之处。弦理论认为宇宙中的一切都是由振荡的能量弦构成的。和块状空间一样,弦理论为了防止引力导致的理论崩溃,为宇宙引入了一种有限的最小尺度,但弦的尺度要比霍根寻找的空间结构小很多。
块状空间和弦理论并不完全吻合——和其它物理学模型相比也是如此。“这是一个新的理念,没有写进教科书;它并不是任何标准理论的预测,”霍根说,听起来一点也儿也不担心。“但其实并不存在什么标准理论是吧?”
如果他的块状空间理论是正确的,那就将击碎弦理论中的许多现有构想,同时会启发人们对在量子语义中重建广义相对论进行新的尝试。它将为人们认识空间和时间的固有本质提供新方法。最奇特的一点是,这也许会支持一种新颖的观念,貌似拥有三个维度的现实世界可能是由更为基础的二维单元构成的。对于“像素”这个比喻,霍根的态度是认真的:就像平面像素能够创造出具有深度感的电视画面一样,空间本身可能是由一组本身只有两个维度的元素构成的。
和许多当代理论物理学的前沿观点一样,霍根的猜想乍听起来就像深夜宿舍初级生的高谈阔论一样让人心生疑虑。但它们之间最大的不同之处是,霍根打算用确凿的实验结果进行证明。而他也已经开始这么做了。
从2007年开始,霍根就在考虑如何制造一台能够对这种极端细小的空间颗粒进行测量的设备。结果发现,他的同事掌握着许多能够实现这一目的的方法,这些方法多半借助了引力波搜寻技术。两年内,霍根怀揣梦想,与芝加哥大学费米实验室等机构进行了合作,建造了一台用以检测