编者按：这一个小短文来自《现实不似你所见——量子引力之旅》，这本书是意大利物理学家卡洛.罗韦利关于量子引力的科普书。这本书讲的是物质、空间的真正本质是什么？这个问题真的很大，当提出来的时候，有时候都觉得是贻笑大方。那么多伟大的科学家和哲学家做出各种各样的猜想都没有定论，谁敢说自己能回答这个问题呢？上一篇说是物质的本质是什么？这一篇回答空间的本质是什么？

01
引言

之前我们聊到在德谟克利特的时代，他相信世间的一切就是无限的空间，还有在空间中运动的原子，这个观点一直延续了将近两千年。到了牛顿的时代，人们对于物质及运动的理解虽然发生了天翻地覆的变化，但是对于空间的认识还是和德谟克利特一样。空间就像一个剧场，只是提供了一个舞台，各种物质在这个舞台上粉墨登场，而且这个剧场特别结实，不管物质怎么演变都不会对空间产生任何影响。但是突然有一天这个剧场里闯进了一个新的演员颠覆了人们的想法。这个新的演员叫做“场”，就是我们常说的电场、磁场。“场”的发现，可以说给人类开启了全新的时代，从20世纪开始，那些神奇的科技，像收音机、电视、电话、卫星、互联网等，如果人类没有发现电磁场，这些改变我们生活的发明都不会出现。不过电磁场也给科学家们出了一道难题，科学家们发现，场、空间、力、原子之间的关系越想越乱，怎么捋都捋不清楚，尤其后来科学家们提出了引力场的概念，那引力到底是原子与原子之间的相互作用还是一种场呢？原子在空间里的运动和引力场的活动中间又是怎样的关系呢？科学家们发现没法找到统一的理论把这件事情说清楚。这个时候有一位天才科学家找到了答案，这个人就是爱因斯坦。他只靠一个答案就解决了这个问题，这是人类思想史上最闪亮的时刻之一。

02
广义相对论

爱因斯坦问如果空间和引力场实际上就是一回事呢？这个极其简单又非常优美的想法就是广义相对论的基础。用广义相对论的角度看世界，世界又变得了简单了，空间、粒子、电磁场、引力场之间的糊涂账都没有了，世界就变成了只有粒子和场，而所谓的空间就是引力场。空间不再是无法改变的神秘存在，因为引力场是一种场，它会运动也会起伏。用爱因斯坦的比喻来说，我们生活在一个巨大的软体动物的内部。太阳使其周围的空间弯曲，地球并非因为神秘的力量才围着太阳转的，而是在倾斜的空间沿直线运动。行星环绕物体运动、太阳下落都是因为他们周围的空间是弯曲的，就像在漏斗中转动的珠子，不存在漏斗中有神秘的力量，就是漏斗中弯曲的特点就能让珠子旋转，这是对世界的极大简化。
空间不再与物质有分别，而是物质产生的一种效应，就像是吸铁石周围有磁场一样，任何移动物质旁边都会产生引力场，空间就成了物质自带的一种属性。广义相对论就诞生了物质与物质之间的关系，让物质与空间之间的关系就捋清楚了。

03

矛盾

但是还有一笔糊涂账，让爱因斯坦和后面的几代物理学家都头疼不已。这就是广义相对论与量子力学之间的巨大矛盾。罗韦利在书中说，如果一个学生上午听了相对论的课，下午听了量子力学的课，就会觉得教授们都是糊涂蛋，他这么想是可以原谅的。因为广义相对论和量子力学之间有太多的不一致或是相互矛盾的内容，但两个理论都非常好用。从各种实验上来看，大自然就像是一个两面派，一面对广义相对论说你是正确的，一面对量子力学说你也是正确的。只是这两个理论有很多地方都是相反的。科学家们一直都想找到一个能解释一切的万有理论。目前来看万有理论最大的障碍就是怎么把广义相对论和量子力学揉到一起。就空间的问题，广义相对论就与量子力学打起来了。广义相对论说，空间是一个场，就像一个巨大的软体动物，可以弯曲可以伸展，那这个场就是连续不断的。但量子力学告诉我们连长度都有最小的不可分割的单位，所以根本就没有连续不断的东西。这就是矛盾，这种矛盾应该怎样调和呢？这就要提到量子引力理论。

04
量子引力理论

虽然量子引力理论目前还是一种猜想，但是却是最能解决上面提到的矛盾的理论。量子引力这个理论很深，而且很多地方确实是反常识的。但是罗韦利找到一种比喻，用一种极简的方式帮助我们快速理解这个理论的核心。他打了一个比方：引力场更像是一块布料，咋一看它是一大片绵延不断的，但是仔细观察就会发现，这一片布料是由无数线编织出来的，空间也是如此。它看起来是连续的，只不过是我们无法感知更细小的尺度，看不到那些细小的线，而那些细小的线就是微小的粒子形成的微小的场，叠加到一起就形成大的引力场，这就是空间的本质。

上一篇提到物质的本质是微小的粒子相互作用的过程。微小的粒子是相互作用的过程，空间的本质微小粒形成的微小的场。于是从量子引力这个理论也能导出那个结论，那就是空间与物质没有区别，都是由微小粒子产生出来的。其实无论是光、能量还是物质，世间的万事万物都是一种实体的不同表现形式，物理学家给这种实体起个名字，叫协变量子场。这个结论看起来很奇特，非常反常识，但是却有严密的物理学和数学可以支持。有越来越多的证据在支持量子引力理论，虽然它仍然是一种猜想，但却是最能解释物质和空间本质的猜想了。