第一节：需要重塑量子力学吗？

量子理论是怪诞的

美国物理学家肯尼斯·W·福特所著的《量子世界》一书的最后写道：“物理学家们常说，他们越思考量子力学越头晕，这是一个怪诞的理论，因为量子力学与常识相悖。”处理不可观测量，表面自然规律是概率性的，允许粒子处在两个或者更多的运动状态，它允许粒子与自己干涉，两个相距很远的粒子会彼此纠缠，所有这些使物理学家们认为量子力学是不完备的，尽管在亚原子现象中得到了长期有效的建议，越来越多的物理学家们赞同物理学家惠勒说的“为什么会有量子？”是一个很好的问题。

物理学家费恩曼写道：“我那些物理专业的学生也不理解量子力学，因为我自己也不理解”许多物理学家相信，量子力学还有某些因素尚待发现。

2000年，在量子理论问世一百周年的时候，著名物理学家惠勒写了一篇名为《量子何为——量子物理的荣耀与耻辱》的文章表示纪念。他说：“这就是普朗克之后一百年的量子物理，全部化学、生物学、计算机技术、天文学和宇宙学的理论基础。然而，如此值得自豪的基础，却仍不能知道其自身的基础。我们可以相信，我确实相信，对于‘量子何为？’这个问题的回答也将被证明是对‘存在何为’这个问题的回答。”惠勒认为“未来的物理学应该来自于我们对量子理论的更深入理解，而不是来自对量子理论的评判”。在对这些基本问题的思考中，惠勒从物理学走到了哲学。

格林在其著作《宇宙的琴弦》里说道：我们既然认识了宇宙受量子力学原理的支配，我们的理论一开始就应该是量子力学的，我们从经典图景获得一次次成功，那只是我们还没有追溯到宇宙的深处。

量子力学和相对论的冲突

量子力学和相对论是现代物理学的两大基础，分别解释宇宙的微观与宏观领域。量子理论认为物质是可以依靠几率描述，不能同时测量物体的两个量，比如位置与时间、质量与速度，而宏观世界的相对论里，物体的位置与时间，是可以确定的。

微观量子世界每时每刻都在起伏涨落，广义相对论则认为时空是平滑弯曲的。将这两个理论结合在极小尺寸——普朗克长度下，就可以导出时空本身也是每时每刻都在经历着量子的疯狂涨落，这就是量子泡沫。

量子泡沫也叫时空泡沫，是惠勒1955年根据量子力学提出的概念。量子泡沫是极小尺度（普朗克长度量级10-35米）下量子振荡的定性描述。在这么小的时空尺度下，不确定关系使粒子和能量瞬间产生，然后湮灭。随着讨论时空尺度的缩小，虚粒子能量将增加。根据爱因斯坦的广义相对论，能量将使时空弯曲，这意味着足够小尺度下能量的“泡沫”式涨落将大到足以在较大尺度下观测到相对平滑时空的显著偏离现象。但我们必须有一个量子引力理论才能指出在什么样的尺寸下才能出现这样的量子泡沫，现有的各种量子理论不能精确地描述这么小尺度下的物理现象。

相对论与量子理论在极端情况下的冲突，表现在三个方面：

第一，在普朗克尺寸下量子疯狂的涨落，出现量子泡沫现象。

第二，在黑洞的视界附近，需要量子力学与广义相对论结合时会产生冲突。

第三，通过广义相对论将宇宙的膨胀进行时间反演，则可得出宇宙在过去有限的时间之前曾经处于一个密度和温度都无限高的状态，称之为奇点，奇点的存在意味着广义相对论理论在这里不适用，必须运用量子力学。

在这些方面量子涨落将变得非常重要，量子力学和广义相对论表现出矛盾性，只能得到一些结果为无穷大的荒谬结论，很显然，我们需要一个更完备的理论。