在這幅圖中，硅原子呈現(xiàn)不同的閃爍態(tài)，亮著的晶體作為一個受激電子發(fā)光（白點表示），將多余的能量以光子的形式釋放。暗晶體的電子（黃色）被困在表面，通過其熱或晶格振動等路徑吸收能量，因而較暗。
自二十世紀中期以來，物理學的兩個理論提供了強大但不相容的物理宇宙模型。
廣義相對論將空間和時間結(jié)合在一起，創(chuàng)造了“時空”概念。按照廣義相對論的解釋，在引力場中，時空的性質(zhì)是由物體的“質(zhì)量”分布決定的，物體“質(zhì)量”的分布狀況使時空性質(zhì)變得不均勻，引起了時空的彎曲。大致上講，物質(zhì)密度越大的地方，曲率也就越大。也就是說，“時空曲率”產(chǎn)生了引力，當光線經(jīng)過一些“大質(zhì)量”的天體時，它的路線是彎曲的，它將沿著“大質(zhì)量”物體所形成的“時空曲面”前進。就像放在軟床上的重球使床面彎曲一樣。廣義相對論能夠?qū)π行请H、恒星際等大尺度宇宙空間的物理問題做出很好的解釋。
但該理論對于亞原子尺度的物理問題，卻不能給出很好的解釋。在這種尺度上，觀測者所實施的觀測動作會改變被觀測對象的行為。維爾納·海森堡于1927年發(fā)表論文，給出這原理的原本啟發(fā)式論述，因此這原理又稱為“海森堡不確定性原理”。根據(jù)海森堡的表述，測量這動作不可避免的攪擾了被測量粒子的運動狀態(tài)，因此產(chǎn)生不確定性。此時，就需要量子論來幫助我們進行研究。
雖然科學家已經(jīng)作出了一些顯著的嘗試，將這些相斥的理論合在一起，形成了弦理論，但理論背后的計算結(jié)果仍然是不相容的。
但是，位于德國加興的麥克斯普朗克量子光學研究所的安托萬·蒂盧瓦研究發(fā)現(xiàn)，引力可能是量子水平隨機波動的一個屬性，這一發(fā)現(xiàn)將使得引力成為更加重要的理論基礎，引導我們形成物理宇宙的統(tǒng)一理論。
在量子理論中，粒子的狀態(tài)是通過波函數(shù)來進行描述的。科學家通過波函數(shù)來預測粒子出現(xiàn)某種狀態(tài)的概率。
但是，如果未經(jīng)觀測，沒有人能夠確定地知道，粒子將會呈現(xiàn)哪種狀態(tài)，甚至連粒子本身是否存在都無法確定。在哥本哈根詮釋（the Copenhagen Interpretation）中，測量會讓單粒子或系統(tǒng)的波函數(shù)坍縮，從一團“概率云”變成一個簡單而確定的結(jié)果。
但測量到底是什么呢？它是否需要一個有意識的測量者？如果測量者必須在被觀察的系統(tǒng)之外，那對于整個宇宙的測量，又該怎么說呢？
以著名的“薛定諤的貓”為例，一只貓被封在一個密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子，錘子由一個電子開關控制，電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動電子開關，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，貓必死無疑。原子核的衰變是隨機事件，物理學家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。物理學家卻無法知道，它在什么時候衰變，上午，還是下午。當然，物理學家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓在上午或者下午死亡的幾率。如果我們不揭開密室的蓋子，根據(jù)我們在日常生活中的經(jīng)驗，可以認定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態(tài)。如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處于一種活與不活的疊加態(tài)。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時，貓構(gòu)成的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個本征態(tài)。量子理論認為：如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道貓是死是活，它將永遠處于半死不活的疊加態(tài)，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。
這些問題激勵人們對現(xiàn)有的量子力學理論進行修正，或者直接提出其他理論版本，使量子力學在本質(zhì)上不依賴于外部觀察者的測量，這樣的模型有很多種形式，比較著名的有上世紀80年代后期提出的吉拉爾迪·里米尼·韋伯（Ghirardi-Rimini-Weber，簡稱GRW）模型。該模型將量子系統(tǒng)波函數(shù)引發(fā)的“閃爍”同自發(fā)坍縮結(jié)合到一起。
其目的是為了確保觀測結(jié)果不會受到觀測者的影響。
蒂盧瓦利用這一模型擴展了量子論，對引力進行了包含。量子閃爍引發(fā)波函數(shù)坍縮時，粒子將出現(xiàn)確定狀態(tài)，在時空的這一精確時刻，將會形成引力場。
在足夠大的尺度上，量子系統(tǒng)中的很多粒子正在進行著無數(shù)次“閃爍”。
根據(jù)蒂盧瓦的理論，該現(xiàn)象形成了波動引力場。這些波動所形成的引力場符合牛頓的引力論。
如果量子過程形成的引力，其作用方式符合牛頓的經(jīng)典理論，那么，我們所得到的理論就可以算作是“半經(jīng)典”理論。
但是，德國杜伊斯堡-埃森大學的克勞斯·霍恩貝格提醒科學界說，要形成關于所有現(xiàn)代物理定律的基本力統(tǒng)一理論，我們還需要進行更進一步的研究探索，蒂盧瓦的半經(jīng)典方案是否值得我們認真考慮？在做出確定回答之前，還有一些其他的問題需要解決。
雖然蒂盧瓦的理論符合牛頓的引力論，但蒂盧瓦還需要進行數(shù)學推導，以證明量子理論同樣描述了愛因斯坦廣義相對論下的引力。
物理學對宇宙中的各類現(xiàn)象有著巨大的解釋能力，是一門最令人激動的科學學科。但是，形成物理學的統(tǒng)一理論，我們還要多一些耐心。
就像我們在敘述“薛定諤的貓”這個故事時所說的道理那樣，吾生也有涯，而知也無涯?？茖W研究需要我們長期共同努力。
宇宙只有一個？弦理論揭示宇宙或有無數(shù)個！
來源：http://www.sciencealert.com
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