◎實(shí)習記者 李詔宇 實(shí)習生 王孫偉

　　身處天地之間，每每仰觀(guān)俯察，“宇宙是什么”這一問(wèn)題往往會(huì )在腦海中浮現。事實(shí)上，在漫長(cháng)的歷史中，人們經(jīng)常對此問(wèn)題進(jìn)行思考,對這一問(wèn)題的認識也經(jīng)歷了一個(gè)復雜的演變過(guò)程。

　　近日，《新科學(xué)家》周刊刊發(fā)題為《對現實(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(wèn)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(guān)點(diǎn)，宇宙可能根本不是由分開(kāi)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(zhuān)家對記者坦言，如果真的找到證據來(lái)支持這一想法，可能將徹底改變人類(lèi)思考宇宙的方式。

　　人類(lèi)宇宙觀(guān)經(jīng)歷漫長(cháng)演變過(guò)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，在遠古時(shí)期，古代埃及人認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(shuō)”則是我國古人對宇宙的初步解釋。

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

　　“從現代科學(xué)來(lái)講，宇宙本質(zhì)上就是時(shí)間和空間的集合體。”馬瀟漢表示，“在這個(gè)時(shí)空當中，包括人類(lèi)自身在內的各種物質(zhì)，都是作為宇宙的一部分而存在。”

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

　　多數近代物理學(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成的。科學(xué)家們可以理解構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(wàn)物都是由不可再分的物質(zhì)粒子堆砌而成，那只要找出構成宇宙的基本粒子，再通過(guò)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)家海因里希·帕斯將這一過(guò)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(méi)有更小的套娃，而只需要關(guān)注到揭開(kāi)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(shuō)。

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

　　在還原論的指導下，科學(xué)家們建立了粒子物理學(xué)，并試圖構建出一個(gè)模型來(lái)解釋宇宙中所有的現象，這個(gè)模型被稱(chēng)為“標準模型”。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%。“剩下的95%是無(wú)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)。”馬瀟漢指出。換言之，還原論指導下的“標準模型”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)和現象納入。

　　中國科學(xué)院高能物理研究所研究員、環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）加速器負責人高杰對此深有同感。他曾表示，到目前為止，人類(lèi)只認識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)家的預測階段，尚需通過(guò)實(shí)驗手段進(jìn)行驗證。

　　量子理論為宇宙探索提供新視角

　　高杰認為，研究暗物質(zhì)等問(wèn)題需要將描述微觀(guān)世界的粒子物理與描述宇觀(guān)世界（即包括星團、星系、星系團、超星系團、總星系以及遍布于宇宙空間的射線(xiàn)和引力場(chǎng)所構成的物質(zhì)系統）的宇宙學(xué)相結合。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(wú)法解釋的問(wèn)題。馬瀟漢表示，物理學(xué)家常用彩虹來(lái)比喻粒子物理學(xué)和量子物理學(xué)之間的對應關(guān)系。在彩虹中，紅、橙、黃、綠、青、藍、紫這七種顏色是肉眼可見(jiàn)的，而彩虹中紫色以上的區域（即紫外區）和紅色以下的區域（即紅外區）是肉眼不可見(jiàn)的。可見(jiàn)光部分相當于粒子物理標準模型適用的領(lǐng)域，而粒子物理標準模型之外的“紅外區和紫外區”則需要通過(guò)新思路，即結合量子力學(xué)和引力來(lái)解釋。

　　隨著(zhù)研究的深入，物理學(xué)家發(fā)現，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(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

　　科學(xué)家們猜測，這種現象可能是量子糾纏導致的。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不能被理解為是由某些部分構成的，它們就是同一的整體。若該理論成立，這也就意味著(zhù)宇宙不同能量級實(shí)際上是同一的，宇宙萬(wàn)物就不是由逐級變小的部分組成，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)對于‘單一量子體’這一概念，科學(xué)界還沒(méi)有形成嚴謹統一的術(shù)語(yǔ)。”馬瀟漢指出，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)家對于宇宙未知部分的探索仍在繼續。要想將這一猜想以更精確的方式表達出來(lái)，還需要更多觀(guān)測和理論方面的努力。

　　在不久的將來(lái)，如果科學(xué)家能夠找到證據證明量子糾纏適用于整個(gè)宇宙，那么人類(lèi)過(guò)往的宇宙觀(guān)可能會(huì )被顛覆。人類(lèi)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(lái)理解和認識宇宙。

　　在求知欲和好奇心的驅使下，從千百年前的仰望星空開(kāi)始，到如今在科學(xué)觀(guān)測和理論指導下理解宇宙，人類(lèi)從未停下對宇宙探索的腳步。隨著(zhù)文明和科技的進(jìn)步，人類(lèi)最終將揭開(kāi)層層面紗，將宇宙的真實(shí)面貌越來(lái)越清晰地呈現出來(lái)。

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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(huà)題一直吸引著(zhù)眾多科學(xué)家孜孜不倦地探索。雖然科學(xué)家們對宇宙究竟是怎么起源的尚無(wú)定論，但有幾種假說(shuō)或許能為揭示這個(gè)謎團提供線(xiàn)索。

　　關(guān)于宇宙起源，最流行的假說(shuō)可能就是“宇宙大爆炸”了。該假說(shuō)認為，宇宙應該是誕生于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(lái)，而現如今宇宙中的物質(zhì)粒子都是在宇宙大爆炸之后4分鐘內形成的。直到宇宙大爆炸后的38萬(wàn)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(kāi)始在宇宙中穿梭，原子結構得以形成。

　　愛(ài)因斯坦的廣義相對論預言了白洞的存在。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，可以向外部區域噴射物質(zhì)和能量，但不能吸收外部區域的任何物質(zhì)和輻射。聚集在白洞內的物質(zhì)，只可以經(jīng)邊界向外運動(dòng)，而不能反向運動(dòng)。一些科學(xué)家認為，白洞通過(guò)蟲(chóng)洞與黑洞相連接，把黑洞“吃”進(jìn)去的物質(zhì)再“吐”出來(lái)。我們的宇宙可能就起源于一次白洞噴射。

　　還有科學(xué)家認為，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，但當它膨脹到一個(gè)臨界點(diǎn)、無(wú)法繼續膨脹時(shí)，就會(huì )向內坍塌，直至再次形成一個(gè)奇點(diǎn)、再次發(fā)生爆炸。