◎?qū)嵙?xí)記者 李詔宇 實(shí)習(xí)生 王孫偉

　　身處天地之間，每每仰觀俯察，“宇宙是什么”這一問題往往會(huì)在腦海中浮現(xiàn)。事實(shí)上，在漫長的歷史中，人們經(jīng)常對(duì)此問題進(jìn)行思考,對(duì)這一問題的認(rèn)識(shí)也經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜的演變過程。

　　近日，《新科學(xué)家》周刊刊發(fā)題為《對(duì)現(xiàn)實(shí)的重新思考：整個(gè)宇宙會(huì)不會(huì)就是一個(gè)量子單體》的文章，為我們提供了上述問題的一個(gè)可能答案——宇宙或許是一個(gè)巨大且特別的量子。

　　按照這篇文章的觀點(diǎn)，宇宙可能根本不是由分開的部分組成，而是一個(gè)單一的量子物體。7月24日，有關(guān)專家對(duì)記者坦言，如果真的找到證據(jù)來支持這一想法，可能將徹底改變?nèi)祟愃伎加钪娴姆绞健?/p>

　　人類宇宙觀經(jīng)歷漫長演變過程

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院天文學(xué)系博士馬瀟漢介紹，在遠(yuǎn)古時(shí)期，古代埃及人認(rèn)為宇宙是以天為盒蓋、以地為盒底的大盒子，盒子中央是尼羅河；古代印度人則認(rèn)為世界是馱在幾只大象上的平板，而大象則站在巨大的龜背上；“天圓地方說”則是我國古人對(duì)宇宙的初步解釋。

　　隨著人類的進(jìn)一步觀測和探索，宇宙的輪廓逐漸清晰起來。在西方科學(xué)界，物理學(xué)者對(duì)宇宙的描述經(jīng)歷了從“地心說”到“日心說”，從太陽系到銀河系再到整個(gè)宇宙的演變過程。而中國古代也相繼出現(xiàn)過蓋天說、渾天說、宣夜說三大宇宙模型。

　　“從現(xiàn)代科學(xué)來講，宇宙本質(zhì)上就是時(shí)間和空間的集合體?！瘪R瀟漢表示，“在這個(gè)時(shí)空當(dāng)中，包括人類自身在內(nèi)的各種物質(zhì)，都是作為宇宙的一部分而存在?！?/p>

　　現(xiàn)代科學(xué)明確了宇宙的本質(zhì)，那么我們又該如何理解宇宙的運(yùn)行方式？換言之，人類該用什么樣的視角理解宇宙呢？

　　多數(shù)近代物理學(xué)家傾向于以還原論的視角理解宇宙。馬瀟漢指出，在還原論視角下，物質(zhì)最終都是由夸克等基本粒子構(gòu)成的。科學(xué)家們可以理解構(gòu)成宇宙的基本粒子的性質(zhì)，并借此推斷出宇宙的性質(zhì)。在這種視角下，既然宇宙萬物都是由不可再分的物質(zhì)粒子堆砌而成，那只要找出構(gòu)成宇宙的基本粒子，再通過分析、歸納等方式，就可以還原出宇宙存在的真相。

　　德國理論物理學(xué)家海因里?！づ了箤⑦@一過程形象地比喻為俄羅斯套娃。“我們不需要知道這個(gè)套娃里有沒有更小的套娃，而只需要關(guān)注到揭開的這一層套娃，并用這一層套娃的理論在一定程度上解釋物理世界。”帕斯說。

　　乍一看，還原論似乎為科學(xué)家們理解宇宙提供了一種簡單有效的方式。然而，這種方式卻并不完美。

　　在還原論的指導(dǎo)下，科學(xué)家們建立了粒子物理學(xué)，并試圖構(gòu)建出一個(gè)模型來解釋宇宙中所有的現(xiàn)象，這個(gè)模型被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”。該模型歸納了61種基本粒子，但是這61種基本粒子只占宇宙的5%?！笆Ｏ碌?5%是無法用還原論解釋的，這之中就包括約70%的暗能量和25%的暗物質(zhì)?！瘪R瀟漢指出。換言之，還原論指導(dǎo)下的“標(biāo)準(zhǔn)模型”并不完善，這就促使科學(xué)家們提出一種更加完善的模型，將宇宙中所有的物質(zhì)和現(xiàn)象納入。

　　中國科學(xué)院高能物理研究所研究員、環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）加速器負(fù)責(zé)人高杰對(duì)此深有同感。他曾表示，到目前為止，人類只認(rèn)識(shí)了宇宙的很小一部分。其中很大一部分——暗物質(zhì)和暗能量，還停留在科學(xué)家的預(yù)測階段，尚需通過實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行驗(yàn)證。

　　量子理論為宇宙探索提供新視角

　　高杰認(rèn)為，研究暗物質(zhì)等問題需要將描述微觀世界的粒子物理與描述宇觀世界（即包括星團(tuán)、星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)、總星系以及遍布于宇宙空間的射線和引力場所構(gòu)成的物質(zhì)系統(tǒng)）的宇宙學(xué)相結(jié)合。量子理論在宇宙學(xué)中的引入為宇宙學(xué)研究提供了新的研究思路和理論框架，能夠解釋之前粒子物理學(xué)無法解釋的問題。馬瀟漢表示，物理學(xué)家常用彩虹來比喻粒子物理學(xué)和量子物理學(xué)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在彩虹中，紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫這七種顏色是肉眼可見的，而彩虹中紫色以上的區(qū)域（即紫外區(qū)）和紅色以下的區(qū)域（即紅外區(qū)）是肉眼不可見的?？梢姽獠糠窒喈?dāng)于粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型適用的領(lǐng)域，而粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型之外的“紅外區(qū)和紫外區(qū)”則需要通過新思路，即結(jié)合量子力學(xué)和引力來解釋。

　　隨著研究的深入，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，極大的宇宙和極小的微粒之間存在不可分割的聯(lián)系，而這種聯(lián)系目前只能用量子理論來進(jìn)行說明。

　　科學(xué)家們猜測，這種現(xiàn)象可能是量子糾纏導(dǎo)致的。量子糾纏通常被描述為量子體之間的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)性證明了糾纏的量子系統(tǒng)不能被理解為是由某些部分構(gòu)成的，它們就是同一的整體。若該理論成立，這也就意味著宇宙不同能量級(jí)實(shí)際上是同一的，宇宙萬物就不是由逐級(jí)變小的部分組成，整個(gè)宇宙是一個(gè)“單一、不可分割的量子體”。

　　一沙一世界，世界亦塵埃。“其實(shí)對(duì)于‘單一量子體’這一概念，科學(xué)界還沒有形成嚴(yán)謹(jǐn)統(tǒng)一的術(shù)語?！瘪R瀟漢指出，目前“單一量子體”這一猜想仍停留在科學(xué)哲學(xué)層面，科學(xué)家對(duì)于宇宙未知部分的探索仍在繼續(xù)。要想將這一猜想以更精確的方式表達(dá)出來，還需要更多觀測和理論方面的努力。

　　在不久的將來，如果科學(xué)家能夠找到證據(jù)證明量子糾纏適用于整個(gè)宇宙，那么人類過往的宇宙觀可能會(huì)被顛覆。人類可能需要從新的視角——宇宙作為一個(gè)糾纏聯(lián)系的單一量子整體——來理解和認(rèn)識(shí)宇宙。

　　在求知欲和好奇心的驅(qū)使下，從千百年前的仰望星空開始，到如今在科學(xué)觀測和理論指導(dǎo)下理解宇宙，人類從未停下對(duì)宇宙探索的腳步。隨著文明和科技的進(jìn)步，人類最終將揭開層層面紗，將宇宙的真實(shí)面貌越來越清晰地呈現(xiàn)出來。

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　　與宇宙起源相關(guān)的有趣理論

　　宇宙起源這個(gè)話題一直吸引著眾多科學(xué)家孜孜不倦地探索。雖然科學(xué)家們對(duì)宇宙究竟是怎么起源的尚無定論，但有幾種假說或許能為揭示這個(gè)謎團(tuán)提供線索。

　　關(guān)于宇宙起源，最流行的假說可能就是“宇宙大爆炸”了。該假說認(rèn)為，宇宙應(yīng)該是誕生于137億年前的一次大爆炸。宇宙在最初的時(shí)候只是一個(gè)能量奇點(diǎn)，這個(gè)奇點(diǎn)不占用任何空間，但它卻被科學(xué)家們認(rèn)為集合了宇宙中所有的物質(zhì)和能量。在奇點(diǎn)發(fā)生爆炸的一瞬間，所有的物質(zhì)和能量被釋放了出來，而現(xiàn)如今宇宙中的物質(zhì)粒子都是在宇宙大爆炸之后4分鐘內(nèi)形成的。直到宇宙大爆炸后的38萬年，宇宙溫度才下降到3000攝氏度左右，而宇宙也從粒子粥一樣的混沌狀態(tài)變得透明，光子開始在宇宙中穿梭，原子結(jié)構(gòu)得以形成。

　　愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了白洞的存在。白洞是一種性質(zhì)正好與黑洞相反的特殊天體，它是宇宙中的噴射源，可以向外部區(qū)域噴射物質(zhì)和能量，但不能吸收外部區(qū)域的任何物質(zhì)和輻射。聚集在白洞內(nèi)的物質(zhì)，只可以經(jīng)邊界向外運(yùn)動(dòng)，而不能反向運(yùn)動(dòng)。一些科學(xué)家認(rèn)為，白洞通過蟲洞與黑洞相連接，把黑洞“吃”進(jìn)去的物質(zhì)再“吐”出來。我們的宇宙可能就起源于一次白洞噴射。

　　還有科學(xué)家認(rèn)為，也許宇宙本身就是一個(gè)循環(huán)。宇宙在發(fā)生大爆炸后會(huì)不斷膨脹，但當(dāng)它膨脹到一個(gè)臨界點(diǎn)、無法繼續(xù)膨脹時(shí)，就會(huì)向內(nèi)坍塌，直至再次形成一個(gè)奇點(diǎn)、再次發(fā)生爆炸。