在量子理論無法填補的空洞中，冒出了個新理論，它比量子理論更深刻也更怪異

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物理學家很久之前就開始猜測，在量子理論之下還隱藏著一層更深的物理現實。而現在，一個新的數學模型揭示了這層現實有多么奇怪

物理學家正在進入后量子理論世界，他們正在一個全新的層面上探尋物理現實會是什么樣子。而這個層面甚至比本已怪異得出名的量子理論更加深刻、更加怪異。

早在20世紀20年代，物理學家就掌握了數個對于解釋世界運作原理極為有效的理論，但他們并沒有停下腳步，反而堅持尋找這些理論無法解釋的情形。

這些情形就是經典物理學無法填補的空洞，而物理學家就以此為突破口窺見了更深層的物理現實。

而此時此刻，恰如彼時彼刻，熟悉的感覺又回來了：量子理論的確相當奏效，但仍舊無法解釋某些現象，尤其是面對那些由引力主導的宇宙級別大天體的時候。

此時，在量子理論構建的世界里，物理學家又能發現何種后量子世界呢？

法國國家數字科學與技術研究院的詹姆斯·赫福德（James Hefford）和巴黎薩克雷大學的馬特·威爾遜（Matt Wilson）開發了一個描述后量子世界的合理數學框架。（盡管這個框架現在還只有一個梗概，但可能已經是我們迄今能接觸到的最深層的物理現實。）

赫福德說：“量子理論描述的不是整個宇宙。目前，整個物理學面對的最重大問題之一便是需要構建一種量子引力理論，也就是把量子理論和引力理論統一起來。這種理論就應該是超越量子理論的更深層物理現實。”

那么，究竟要如何建立這種量子引力理論？

物理學家早就有了很多想法，但威爾遜和赫福德選擇從量子理論與經典物理學的關系中汲取靈感。更具體地說，他們的靈感來自這樣一個物理現實：

我們之所以不會在日常生活中體驗到怪異的量子效應，是因為一種名為“退相干”的過程，退相干摧毀了大多數物體的量子性。也是因為退相干，我們才能在量子世界的背景中找到這個非常合理且符合我們心理的日常世界。要知道，同樣一只貓在量子世界中可以既生又死，而粒子可以像幽靈那樣穿過墻壁，也即“隧穿”。

威爾遜和赫福德據此假設，可以借助類似退相干的“超退相干”過程從超量子理論中推導出量子理論。

這個想法其實早就被深入研究過，但2018年發現的一個定理說明，在數學上不可能推導出一個能夠衍生出量子理論的合理、自洽超退相干過程。赫福德和威爾遜仔細研究了這個定理的前提假設，并設計了一個變通方法，而代價則是他們最后得到了一個很是怪異的后量子現實世界：一種叫作QBox的理論。

QBox理論的關鍵特征之一是它顛覆了傳統的因果關系觀念。按照我們的傳統認識，要么是事件A導致了事件B，要么就反過來，但在QBox理論中，允許存在“A導致B”和“B導致A”共同存在的狀態，也即無法分辨這兩種因果關系哪個是正確的。

未參與這個理論構建過程的加拿大卡爾加里大學的卡洛·瑪利亞·斯坎多洛（Carlo Maria Scandolo）說：“這就是一種因果不確定性。如果我們要嘗試建立量子引力理論，就應該關注這種現象。因為我們擁有的最好的引力理論（愛因斯坦的廣義相對論）就提出，在不同的時空點上，事件的因果順序可以不同。”

舉一個著名的思想實驗例子：在以不同速度飛行的宇宙飛船中，旅行者會對一系列事件的發生順序產生分歧。

當然，赫福德和威爾遜還必須確定超退相干可以正確地讓QBox理論退化成量子理論。舉個例子，他們必須確保某個我們在QBox理論中只能近似知曉的給定物件在經歷超退相干過程后不可能變得更加清晰（超退相干后，我們對這個物件的認識不會變得更清楚、更深刻）。

威爾遜表示，超退相干過程就好比存在某些QBox領域客體可以觸及的維度——QBox領域中的某些人可以與其中的物件發生相互作用——但這些維度對于我們這些只能觸及經典領域和量子領域的人來說是隱藏的。

目前，赫福德和威爾遜仍在研究這些維度的具體細節，以及QBox領域內的客體究竟會經歷什么，但現在看來這些維度無法觸及的層面是時間上的，而不是空間上的，因為超退相干過程切斷了客體觸及向后發生的事件的可能性，也即阻止客體回到過去，而不是阻止他們進入未來。

任職于因果推理研究實驗室、共同推導出2018年那條證偽超退相干定理的西倫·吉利根-李（Ciarán Gilligan-Lee）評價說：“之前也有一些以因果不確定性為核心的理論雛形，但它們都難以推導出現有的所有量子力學理論——好像從來沒人能做到這一點。”

他還表示，赫福德和威爾遜的這項工作的價值在于，他們的理論堅實而具體，并且在數學上也確實存在可行性。盡管這個理論有許多相當怪異的地方，但它不需要憑空創造一整個世界的新東西（比如弦理論中的宇宙弦）就能推導出某種量子引力理論。

2018年那條定理的另一個共同創立者、波蘭格但斯克大學的約翰·塞爾比（John Selby）稱，對于QBox理論，接下去的關鍵是不僅要證明超退相干過程可以以某種數學函數的形式存在，更要充實其具體物理細節。

他說：“應該有一些形象的案例，甚至可以說是某一種故事來說明，為什么在目前的實驗室中會出現這種情況。”

在塞爾比看來，即便最后證明QBox理論并不是隱藏在量子理論之下的更深層物理現實，赫福德和威爾遜的數學工作也是一個很有價值的理論起點。

吉利根-李和塞爾比兩人也草創了一個新的定理。雖然這個定理還沒有被其他物理學家仔細審查，但可能會對諸如QBox這樣（能以有現實意義的方式超退相干到量子理論）的理論施加更為嚴格的限制。

威爾遜說，QBox理論歡迎這樣的挑戰，哪怕這意味著它最后會成為另一個更好的后量子理論的墊腳石。值得一提的是，通過實驗檢驗QBox理論也是可能的，因為這個理論可能會對某些涉及量子波重疊的實驗產生切實的影響。

此外，如果QBox理論未來真的能經受住數學理論和物理實驗的雙重考驗，那么還會浮現一個更加誘人的問題。

赫福德說：“是否可以通過類似的層層退相干機制，讓各種層級上的理論互相退相干？”

毫無疑問，在這類挖掘更深層物理現實的過程中必然會涉及更多、更復雜的數學推導。

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