虎年讀書，如虎添翼。大年初二到初十，湛廬君向你鄭重介紹湛廬“科學大師”書系，十本跨領域著作，直接讓你站上大師的肩膀看世界。今天咱們一起翻開這本李·斯莫林所著的《李·斯莫林講量子引力》。
李·斯莫林，美國知名理論物理學家，圈量子引力理論創始人之一，被譽為“現今具原創力的理論學家之一”。擁有罕布什爾學院學士學位和哈佛大學博士學位，在普林斯頓高等研究院、聖芭芭拉理論物理研究所以及芝加哥大學做博士後；曾任教於耶魯大學、雪城大學和賓夕法尼亞州立大學。現任加拿大圓周理論物理研究所研究員、滑鐵盧大學物理系客座教授、多倫多大學哲學系研究生導師。
他還是暢銷書作家，著有《時間重生》《量子力學的真相》等多本科普圖書，因其對“前沿物理大眾科普的傑出貢獻”，榮獲由美國物理教師聯合會頒發的克洛普·斯特格紀念獎（Klopp Steg Memorial Award）。
今天向你推薦的是其所著的《李·斯莫林講量子引力》一書，李·斯莫林用簡單明瞭的術語向我們解釋科學家所理解的量子世界，還講述了科學發現背後的迷人故事，風格獨特、筆觸清晰，直擊宇宙深層問題，讓我們得以預見量子引力理論令人矚目的未來發展。
1999年秋，我開始撰寫這本書。從那以後，這個領域在通向量子引力的道路上取得了巨大的進展。最令人興奮的進展，莫過於現在有可能觀察到空間本身的原子結構。
這些新發現的潛在重要性不低於物理學史上的任何發現，因為如果這些新發現的含義與我們所預測的一樣，它們將標誌著物理學一箇舊時代的終結和一個新時代的開始。
——李·斯莫林
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在量子力學的研究方面，我們面臨著這樣的抉擇：要麼選擇相信我們已掌握的理論已經完備，只需進一步加深理解；要麼選擇認為現有理論尚不完備，在核心內容方面仍有欠缺。
哥本哈根詮釋、操作主義詮釋、埃弗裡特量子力學等理論都認為我們已經掌握了有關量子現象的所有重要知識。那些一門心思只鑽研一種現實主義方法（如導航波理論、自發坍縮模型等）的學者則堅信這些理論才是量子力學正確且完備的版本。上述這些不同派別的學者雖然研究方向各有不同，但都認為我們已經掌握了理解大自然所需要的所有原理。另外，還有一些學者則確信現有理論仍需進一步完善，且目前所有備選方案都尚未掌握真理之鑰！
到目前為止，我個人的選擇是兩頭下注。在此之前，我最成功的選擇是應用粒子物理學的思想和技術工具解決量子引力問題。這也是推匯出圈量子引力理論的一條路線。不過，我還會經常寫論文來記錄我在發明隱變數理論上所做的努力。
我早期撰寫的論文中最有價值的一部分內容就是嘗試將慣性原理同量子基礎結合起來。後來，我又把我在量子基礎領域的工作拓展到了一些表層問題上，並開始轉向關於時間本質的研究。不過，我的本職工作還是在量子引力理論方面，既包括關於這個理論的現象學研究，也包括與圈量子引力理論有關的研究。
如果我們還需要一些尚未發現的東西才能揭曉最終的真相，那麼我們就必須努力搜尋那個尚不為我們所知的完備理論。我們不能只是一個海岸接一個海岸地航行，而是要堅定我們選擇的方向，以任何我們可以根據現有的可靠線索拼接出來的最佳指引之物為線索，在理論的“汪洋大海”中不斷前行。
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再也沒有比“我們目前掌握的知識尚不完備”更加理性的看法了。在過去的所有時代中，我們掌握的知識都不完備，那麼為什麼我們這個時代就有可能取得突破？我們目前面對的難題顯然也並不比前人們面對的那些更簡單。現在幾乎沒有人持這種理性的觀點，這一點讓人非常困惑。
大多數物理學家都不願意相信——我們現在距離破解自然終極定律還非常遙遠。
我們從小就在認為一切都已擁有了正確答案的環境中長大，並且，我們現在賴以生存的事業也全都仰仗知曉了部分正確答案的科學家前輩。我的腦海中總是出現這樣的疑問：未來的人們會比我們多掌握多少知識？我們現在對這些新知識的膚淺的論斷在那時看來又會有多可笑？這或許就是我現在並不是很願意宣揚自己觀點的原因。
那麼，我們該如何對待在一定程度上取得了成功的理論，比如圈量子引力理論？
首先，對於那些或許可行但尚不完備且沒有實驗認證的新理論方向，我們很需要花大量時間和精力去研究。這種未知的理論，無論在表述上多麼不完備，都有可能是正確的，也都有可能是最終真相的一部分，因此，即便暫時沒有有力的證據，這樣的理論也值得我們花上數年的時間去檢驗。
如果經過1/3個世紀或更長的時間（基本相當於許多科學家整個科研生涯的長度）的努力，這些理論仍沒有從“或許為真”逐步接近“必定為真”，那麼我們是不是就該轉攻其他方向了？你也許會覺得，我這是在重提有關弦理論的爭議，但其實我是帶著深厚的感情在思索多年來一直艱辛工作仍沒能換來夢寐以求的理論突破的所有人，其中當然也包括我自己。
為什麼現在越來越多的人都在研究那些在幾十年前就已經明視訊記憶體在缺陷的方法？為什麼現在幾乎沒有人嘗試提出新的量子力學的完備理論？並不是因為人們對這個課題漠不關心。實際上據我所知，在量子基礎領域耕耘的所有人當初之所以選擇這條風險頗高的研究道路，都是因為他們非常關心大自然是如何“處理”測量問題以及其他種種謎團的。
大多數真正具有劃時代意義的理論突破都是在年復一年“徒勞無功”的艱辛工作中取得的。費曼曾說，要想發現點新東西，就必須把這條探索之路上所有可能出現的錯誤都犯一遍。這話真是一語中的。
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1999年秋，我開始撰寫《李·斯莫林講量子引力》這本書。從那以後，這個領域在通向量子引力的道路上取得了巨大的進展。最令人興奮的進展莫過於現在有可能觀察到空間本身的原子結構。
這本書做了兩個預測，我們先來看看它們是否真能站得住腳。第一個預測是，2010—2015年，我們將擁有量子引力理論的基本框架。第二個預測是，要形成量子引力理論的基本框架，需要將幾種方法統一起來，特別是弦理論和圈量子引力理論。
那麼，我們的進展如何？首先要說的是，量子引力的問題還沒有最終解決。儘管我們取得了很大進展，但仍然沒有確鑿的證據。因為這首先需要對量子引力理論的預測進行實驗驗證。其次，弦理論與圈量子引力理論的統一也並沒有取得多大進展，但我仍然有足夠的理由相信兩者終會統一。因為這兩種理論在電通量的量子化上有一個共同的起源，就像力線的動力學一樣。這兩種理論有互補的優勢和劣勢。但到目前為止，只有少數人嘗試去實現統一。
目前的狀況是，這兩種方法中的每一種都已經成熟到一定的地步了，可以說我們已經可以看到一個穩定的想法和結果的結構，並能夠樂觀地稱之為“量子引力理論的基本框架”。當然，兩者的挑戰和問題仍然存在，因此仍有工作要做。更重要的是，這兩個理論的預測都還沒有得到實驗證實。我們未來會和專家達成共識，讓他們相信我們知道自然是如何將空間、時間與量子結合在一起的，並且會成功預測實驗結果。不過到目前為止，我們還沒有類似的東西。
在我看來，最有利於研究量子引力中心問題的方法和模型就是圈量子引力。它已經穩步克服了15年前遇到的種種困難。這些困難主要與愛因斯坦的廣義相對論所描述的一個情況相關，即在比普朗克尺度大得多的尺度上，會出現一個平滑的經典時空。
要在量子引力方面取得決定性的進展，我們必須後退一步，在完整的背景下來看待它，它正在完成愛因斯坦在1905年透過兩次推翻牛頓物理學發起的物理學革命。愛因斯坦在那一年開創了量子理論和相對論。結果，這場革命逐步擴充套件，已經擴充套件到了基本粒子物理學和宇宙學，甚至包括任何關於自然如何將量子與引力和相對論結合在一起的真知灼見，我堅信，突破必將在這些領域出現。
我們面臨著一系列重要的謎團和謎題，每一個都是長期存在的，並且與量子引力問題並存。要解決這些問題，我們需要完成以下工作：
理解量子現象的謎題。我認為，這將需要我們完善量子力學理論，使之能夠解決測量問題，並且必須是一個現實的且非區域性的理論。
解釋從各種同樣自洽的理論中，為什麼自然選擇了粒子物理的標準模型，以及29個自由引數的值是如何被選出的。
解釋為什麼早期宇宙如此簡單和對稱。
解釋為什麼宇宙在時間上如此不對稱。
搞明白暗物質是什麼，或者透過改變作用於星系尺度及以上的引力來解釋它的證據。牛頓引力有一種優雅的修正，能很好地解釋星系中恆星的運動，它被稱為蒙德修正。但到目前為止，它還沒有在更大範圍內以一種與相對論一致的方式得到令人信服的擴充套件。
解釋暗能量是什麼，並且解釋為什麼它這麼小。
如果能提出一個量子引力的假說來解決這些難題，我們就有充分的理由相信自己在正確的軌道上。其中一個原因是，對這些謎題的任何見解都可能意味著可以透過新的實驗加以驗證。
我認為，以目前的思想和理論，這些見解是無法實現的。我們這一代人花了幾十年的時間努力解決這些問題，但還沒有成功。我們將會繼續努力，並且相信，新一代理論家將會跨越這些障礙，因為他們不會被舊思想所束縛。
對他們來說，我們的失敗和挫折代表著前所未有的機遇。在我們的理論基礎之上，建立超越我們的理論，很快就會有人發現科學革命的關鍵，並最終解開量子引力之謎。
注：以上內容來自《李·斯莫林講量子引力》
