虎年读书，如虎添翼。大年初二到初十，湛庐君向你郑重介绍湛庐“科学大师”书系，十本跨领域著作，直接让你站上大师的肩膀看世界。今天咱们一起翻开这本李·斯莫林所著的《李·斯莫林讲量子引力》。
李·斯莫林，美国知名理论物理学家，圈量子引力理论创始人之一，被誉为“现今具原创力的理论学家之一”。拥有罕布什尔学院学士学位和哈佛大学博士学位，在普林斯顿高等研究院、圣芭芭拉理论物理研究所以及芝加哥大学做博士后；曾任教于耶鲁大学、雪城大学和宾夕法尼亚州立大学。现任加拿大圆周理论物理研究所研究员、滑铁卢大学物理系客座教授、多伦多大学哲学系研究生导师。
他还是畅销书作家，著有《时间重生》《量子力学的真相》等多本科普图书，因其对“前沿物理大众科普的杰出贡献”，荣获由美国物理教师联合会颁发的克洛普·斯特格纪念奖（Klopp Steg Memorial Award）。
今天向你推荐的是其所著的《李·斯莫林讲量子引力》一书，李·斯莫林用简单明了的术语向我们解释科学家所理解的量子世界，还讲述了科学发现背后的迷人故事，风格独特、笔触清晰，直击宇宙深层问题，让我们得以预见量子引力理论令人瞩目的未来发展。
1999年秋，我开始撰写这本书。从那以后，这个领域在通向量子引力的道路上取得了巨大的进展。最令人兴奋的进展，莫过于现在有可能观察到空间本身的原子结构。
这些新发现的潜在重要性不低于物理学史上的任何发现，因为如果这些新发现的含义与我们所预测的一样，它们将标志着物理学一个旧时代的终结和一个新时代的开始。
——李·斯莫林
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在量子力学的研究方面，我们面临着这样的抉择：要么选择相信我们已掌握的理论已经完备，只需进一步加深理解；要么选择认为现有理论尚不完备，在核心内容方面仍有欠缺。
哥本哈根诠释、操作主义诠释、埃弗里特量子力学等理论都认为我们已经掌握了有关量子现象的所有重要知识。那些一门心思只钻研一种现实主义方法（如导航波理论、自发坍缩模型等）的学者则坚信这些理论才是量子力学正确且完备的版本。上述这些不同派别的学者虽然研究方向各有不同，但都认为我们已经掌握了理解大自然所需要的所有原理。另外，还有一些学者则确信现有理论仍需进一步完善，且目前所有备选方案都尚未掌握真理之钥！
到目前为止，我个人的选择是两头下注。在此之前，我最成功的选择是应用粒子物理学的思想和技术工具解决量子引力问题。这也是推导出圈量子引力理论的一条路线。不过，我还会经常写论文来记录我在发明隐变量理论上所做的努力。
我早期撰写的论文中最有价值的一部分内容就是尝试将惯性原理同量子基础结合起来。后来，我又把我在量子基础领域的工作拓展到了一些表层问题上，并开始转向关于时间本质的研究。不过，我的本职工作还是在量子引力理论方面，既包括关于这个理论的现象学研究，也包括与圈量子引力理论有关的研究。
如果我们还需要一些尚未发现的东西才能揭晓最终的真相，那么我们就必须努力搜寻那个尚不为我们所知的完备理论。我们不能只是一个海岸接一个海岸地航行，而是要坚定我们选择的方向，以任何我们可以根据现有的可靠线索拼接出来的最佳指引之物为线索，在理论的“汪洋大海”中不断前行。
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再也没有比“我们目前掌握的知识尚不完备”更加理性的看法了。在过去的所有时代中，我们掌握的知识都不完备，那么为什么我们这个时代就有可能取得突破？我们目前面对的难题显然也并不比前人们面对的那些更简单。现在几乎没有人持这种理性的观点，这一点让人非常困惑。
大多数物理学家都不愿意相信——我们现在距离破解自然终极定律还非常遥远。
我们从小就在认为一切都已拥有了正确答案的环境中长大，并且，我们现在赖以生存的事业也全都仰仗知晓了部分正确答案的科学家前辈。我的脑海中总是出现这样的疑问：未来的人们会比我们多掌握多少知识？我们现在对这些新知识的肤浅的论断在那时看来又会有多可笑？这或许就是我现在并不是很愿意宣扬自己观点的原因。
那么，我们该如何对待在一定程度上取得了成功的理论，比如圈量子引力理论？
首先，对于那些或许可行但尚不完备且没有实验认证的新理论方向，我们很需要花大量时间和精力去研究。这种未知的理论，无论在表述上多么不完备，都有可能是正确的，也都有可能是最终真相的一部分，因此，即便暂时没有有力的证据，这样的理论也值得我们花上数年的时间去检验。
如果经过1/3个世纪或更长的时间（基本相当于许多科学家整个科研生涯的长度）的努力，这些理论仍没有从“或许为真”逐步接近“必定为真”，那么我们是不是就该转攻其他方向了？你也许会觉得，我这是在重提有关弦理论的争议，但其实我是带着深厚的感情在思索多年来一直艰辛工作仍没能换来梦寐以求的理论突破的所有人，其中当然也包括我自己。
为什么现在越来越多的人都在研究那些在几十年前就已经明显存在缺陷的方法？为什么现在几乎没有人尝试提出新的量子力学的完备理论？并不是因为人们对这个课题漠不关心。实际上据我所知，在量子基础领域耕耘的所有人当初之所以选择这条风险颇高的研究道路，都是因为他们非常关心大自然是如何“处理”测量问题以及其他种种谜团的。
大多数真正具有划时代意义的理论突破都是在年复一年“徒劳无功”的艰辛工作中取得的。费曼曾说，要想发现点新东西，就必须把这条探索之路上所有可能出现的错误都犯一遍。这话真是一语中的。
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1999年秋，我开始撰写《李·斯莫林讲量子引力》这本书。从那以后，这个领域在通向量子引力的道路上取得了巨大的进展。最令人兴奋的进展莫过于现在有可能观察到空间本身的原子结构。
这本书做了两个预测，我们先来看看它们是否真能站得住脚。第一个预测是，2010—2015年，我们将拥有量子引力理论的基本框架。第二个预测是，要形成量子引力理论的基本框架，需要将几种方法统一起来，特别是弦理论和圈量子引力理论。
那么，我们的进展如何？首先要说的是，量子引力的问题还没有最终解决。尽管我们取得了很大进展，但仍然没有确凿的证据。因为这首先需要对量子引力理论的预测进行实验验证。其次，弦理论与圈量子引力理论的统一也并没有取得多大进展，但我仍然有足够的理由相信两者终会统一。因为这两种理论在电通量的量子化上有一个共同的起源，就像力线的动力学一样。这两种理论有互补的优势和劣势。但到目前为止，只有少数人尝试去实现统一。
目前的状况是，这两种方法中的每一种都已经成熟到一定的地步了，可以说我们已经可以看到一个稳定的想法和结果的结构，并能够乐观地称之为“量子引力理论的基本框架”。当然，两者的挑战和问题仍然存在，因此仍有工作要做。更重要的是，这两个理论的预测都还没有得到实验证实。我们未来会和专家达成共识，让他们相信我们知道自然是如何将空间、时间与量子结合在一起的，并且会成功预测实验结果。不过到目前为止，我们还没有类似的东西。
在我看来，最有利于研究量子引力中心问题的方法和模型就是圈量子引力。它已经稳步克服了15年前遇到的种种困难。这些困难主要与爱因斯坦的广义相对论所描述的一个情况相关，即在比普朗克尺度大得多的尺度上，会出现一个平滑的经典时空。
要在量子引力方面取得决定性的进展，我们必须后退一步，在完整的背景下来看待它，它正在完成爱因斯坦在1905年通过两次推翻牛顿物理学发起的物理学革命。爱因斯坦在那一年开创了量子理论和相对论。结果，这场革命逐步扩展，已经扩展到了基本粒子物理学和宇宙学，甚至包括任何关于自然如何将量子与引力和相对论结合在一起的真知灼见，我坚信，突破必将在这些领域出现。
我们面临着一系列重要的谜团和谜题，每一个都是长期存在的，并且与量子引力问题并存。要解决这些问题，我们需要完成以下工作：
理解量子现象的谜题。我认为，这将需要我们完善量子力学理论，使之能够解决测量问题，并且必须是一个现实的且非局部的理论。
解释从各种同样自洽的理论中，为什么自然选择了粒子物理的标准模型，以及29个自由参数的值是如何被选出的。
解释为什么早期宇宙如此简单和对称。
解释为什么宇宙在时间上如此不对称。
搞明白暗物质是什么，或者通过改变作用于星系尺度及以上的引力来解释它的证据。牛顿引力有一种优雅的修正，能很好地解释星系中恒星的运动，它被称为蒙德修正。但到目前为止，它还没有在更大范围内以一种与相对论一致的方式得到令人信服的扩展。
解释暗能量是什么，并且解释为什么它这么小。
如果能提出一个量子引力的假说来解决这些难题，我们就有充分的理由相信自己在正确的轨道上。其中一个原因是，对这些谜题的任何见解都可能意味着可以通过新的实验加以验证。
我认为，以目前的思想和理论，这些见解是无法实现的。我们这一代人花了几十年的时间努力解决这些问题，但还没有成功。我们将会继续努力，并且相信，新一代理论家将会跨越这些障碍，因为他们不会被旧思想所束缚。
对他们来说，我们的失败和挫折代表着前所未有的机遇。在我们的理论基础之上，建立超越我们的理论，很快就会有人发现科学革命的关键，并最终解开量子引力之谜。
注：以上内容来自《李·斯莫林讲量子引力》