劇作家羅德·瑟林（Rod Serling）了解與維度有關(guān)的一切。他的劇集《迷離境界》（The Twilight Zone）是一個(gè)想象的維度，一個(gè)視覺、聽覺和思維的維度，一個(gè)如空間般廣闊、如無(wú)限般永恒的維度。當(dāng)中的一切都很清楚，除了與空間和時(shí)間有關(guān)的部分，也就是真實(shí)世界中的維度。瑟林從來(lái)沒有解釋過(guò)這些。

自從愛因斯坦以來(lái)，科學(xué)家一直在撓頭思考，到底要如何理解空間和時(shí)間。在那之前，幾乎所有人都認(rèn)為牛頓已經(jīng)把一切都解釋清楚了。牛頓宣稱，時(shí)間均勻地流淌，與任何外部事物都無(wú)關(guān)；絕對(duì)空間也只關(guān)于自身，總是相似且不可移動(dòng)的，在空間中什么也沒有。物理現(xiàn)實(shí)的事件獨(dú)立地發(fā)生在一個(gè)中立的舞臺(tái)上，演員們昂首闊步、四處移動(dòng)，卻并不影響劇院的其他部分。

但愛因斯坦的理論將牛頓的絕對(duì)空間與時(shí)間變成了相對(duì)論式的混合體，他的方程預(yù)示的是一個(gè)融合的時(shí)空，這就像是一種新的競(jìng)技場(chǎng)，場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)員能改變賽場(chǎng)周圍的空間。相對(duì)論改變了物理學(xué)的游戲規(guī)則。空間和時(shí)間不再是為物質(zhì)和能量提供的一個(gè)毫無(wú)特征的背景。之前彼此獨(dú)立、均勻展開的空間和時(shí)間變得不可分割且充滿變化。正如愛因斯坦在他的廣義相對(duì)論中所展示的那樣，物質(zhì)和能量會(huì)扭曲周圍的時(shí)空。這個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)解釋了引力。牛頓理論中的引力作用成為了一種由時(shí)空幾何造成的錯(cuò)覺。是時(shí)空的形狀決定了大質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)，而大質(zhì)量物體反過(guò)來(lái)又決定了時(shí)空的形狀，這是一種互為對(duì)稱的原則。

愛因斯坦掀起了一場(chǎng)時(shí)空革命，而對(duì)這場(chǎng)革命的驗(yàn)證出現(xiàn)在一個(gè)世紀(jì)之前。當(dāng)時(shí)，一個(gè)考察項(xiàng)目精確測(cè)量了在日食發(fā)生時(shí)，來(lái)自遙遠(yuǎn)星體的光在接近太陽(yáng)邊緣時(shí)出現(xiàn)的彎曲程度，從而證實(shí)了廣義相對(duì)論的主要預(yù)測(cè)。但時(shí)空仍然神秘莫測(cè)。因?yàn)闀r(shí)空并非虛空，所以人們自然會(huì)好奇，時(shí)空到底從何而來(lái)。

如今，在上個(gè)世紀(jì)另一場(chǎng)偉大的物理學(xué)奇跡——量子力學(xué)的基礎(chǔ)之上，一場(chǎng)新的革命即將回答這個(gè)問題。這場(chǎng)革命將有望再次改寫時(shí)空的概念，甚至還有可能解釋量子力學(xué)為何如此怪異。

在《凝聚態(tài)物理學(xué)年鑒2018》中，物理學(xué)家布萊恩·斯溫格爾（Brian Swingle）寫道：“時(shí)空和引力最終必然來(lái)自其他東西?！狈駝t，我們將很難看到要如何協(xié)調(diào)愛因斯坦的引力理論和量子力學(xué)的數(shù)學(xué)之間長(zhǎng)期以來(lái)的不相容。愛因斯坦將引力看作是時(shí)空幾何的表現(xiàn)形式，這種觀點(diǎn)取得了巨大的成功。但量子力學(xué)也是如此，它準(zhǔn)確無(wú)誤地描述了物質(zhì)和能量在原子尺度上的相互作用。然而，在試圖找到一種能讓量子的奇異性與幾何引力相調(diào)和的連貫數(shù)學(xué)時(shí)，物理學(xué)家卻遭遇了技術(shù)和概念上的巨大障礙。

至少長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于嘗試?yán)斫馄胀ǖ臅r(shí)空而言，情況都是如此。但是，從對(duì)其他的時(shí)空幾何的理論研究中，涌現(xiàn)出了可能通往一條前進(jìn)道路的線索。其中一種替代理論被稱為反德西特空間（anti-de Sitter space），它具有奇怪的彎曲，而且傾向于向自身坍縮，而不是像我們的宇宙那樣膨脹。反德西特空間不會(huì)是一個(gè)適合居住的地方，但作為一個(gè)研究量子引力理論的實(shí)驗(yàn)室，它能提供很多東西。斯溫格爾寫道：“量子引力非常豐富且令人困惑，就連模型宇宙也能給物理學(xué)帶來(lái)巨大的啟發(fā)?！?/p>

例如，對(duì)反德西特空間的研究表明，描述引力（也就是時(shí)空幾何）的數(shù)學(xué)可以等價(jià)于低一個(gè)維度的空間中的量子物理數(shù)學(xué)。這就像是全息圖，它是一個(gè)能體現(xiàn)三維圖像的平坦二維曲面。以這樣的思維來(lái)看，或許四維的時(shí)空幾何可以被編碼進(jìn)三維空間的量子物理數(shù)學(xué)。又或者，我們需要更多的維度，而到底需要多少個(gè)維度也是問題的一部分。

無(wú)論如何，沿著這些道路進(jìn)行的研究揭示了一種令人驚訝的可能性：時(shí)空本身可能由量子物理學(xué)產(chǎn)生，特別是由量子糾纏這種令人困惑的現(xiàn)象產(chǎn)生。

正如人們普遍解釋的那樣，糾纏是一種幽靈般的連接，能將哪怕相隔遙遠(yuǎn)的粒子也連接在一起。如果這些粒子是從一個(gè)共同的源發(fā)出的，那么無(wú)論它們彼此相距多遠(yuǎn)，仍然會(huì)糾纏在一起。如果測(cè)量其中一個(gè)粒子的特性（比如自旋或偏振），那么我們也會(huì)知道對(duì)另一個(gè)粒子進(jìn)行同樣的測(cè)量會(huì)得出什么結(jié)果。但在測(cè)量之前，這些性質(zhì)是不確定的，這是一個(gè)頗為違反直覺的事實(shí)，但它已經(jīng)被許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。它看起來(lái)像是一個(gè)地方的測(cè)量結(jié)果決定了另一個(gè)遙遠(yuǎn)地方的測(cè)量結(jié)果。

這聽起來(lái)似乎在暗示，糾纏的粒子必須能夠以超過(guò)光速的速度交流。否則我們無(wú)法想象，在廣闊的時(shí)空中，其中一個(gè)粒子如何知道另一個(gè)粒子發(fā)生了什么。但它們之間事實(shí)上不會(huì)發(fā)送任何信息。那么，糾纏的粒子如何跨越分隔它們的時(shí)空鴻溝呢？或許答案是，它們沒有必要這樣做，因?yàn)榧m纏并不在時(shí)空中發(fā)生。而是糾纏創(chuàng)造了時(shí)空。

至少，這是模型宇宙目前帶給我們的啟發(fā)。斯溫格爾在文章中寫道：“時(shí)空和引力的出現(xiàn)是量子多體物理學(xué)中的一個(gè)神秘現(xiàn)象，我們想要理解它?！痹趲孜豁敿馕锢韺W(xué)家的不懈努力下，我們已經(jīng)獲取了一些理論證據(jù)，表明是糾纏的量子態(tài)網(wǎng)絡(luò)編織了時(shí)空的結(jié)構(gòu)。這些量子態(tài)通常用“量子比特”來(lái)描述，也就是量子信息位元，它們就像普通計(jì)算機(jī)中的比特一樣，只不過(guò)不是簡(jiǎn)單的1或0，而是1和0的疊加。糾纏的量子比特會(huì)生成具有一個(gè)額外維度的空間幾何網(wǎng)絡(luò)，超出這些量子比特所在的維度數(shù)量。所以量子比特的量子物理可以等同于具有一個(gè)額外維度的空間幾何。最重要的是，糾纏的量子比特所生成的幾何結(jié)構(gòu)可能非常符合愛因斯坦的廣義相對(duì)論方程，至少最新的研究是指向這個(gè)方向的。Swingle寫道：“顯然，從糾纏中建立的具有正確性質(zhì)的幾何必須遵守引力運(yùn)動(dòng)方程。這一結(jié)果進(jìn)一步證明，時(shí)空起源于糾纏的說(shuō)法是正確的。”

盡管如此，我們?nèi)匀恍枰C明的是，在具有額外維度的模型宇宙中所發(fā)現(xiàn)的線索，能否在普通時(shí)空中敘述一個(gè)真實(shí)的故事，在這個(gè)真實(shí)的故事中，真正的物理學(xué)家昂首闊步、撓頭思考。沒有人真正確切地知道，現(xiàn)實(shí)世界中的量子過(guò)程將如何編織時(shí)空的結(jié)構(gòu)?；蛟S我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在計(jì)算中所作的一些假設(shè)是錯(cuò)誤的。但也有可能是物理學(xué)正處于一種邊緣狀態(tài)，它比以往任何時(shí)候都更深入地探究大自然的基礎(chǔ)，探索包含此前未知的時(shí)空維度（或是視覺和聲音）在內(nèi)的存在，而這種未知的維度最終或許能讓《迷離境界》變成一場(chǎng)真人節(jié)目。