1915年，愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論，徹底改變了我們對(duì)時(shí)間、空間和引力的認(rèn)識(shí)。愛因斯坦的理論中，引力被看作是時(shí)空的彎曲，并預(yù)言了引力可以彎曲光線，宇宙中存在著黑洞等等。

但是一個(gè)世紀(jì)過去之后，時(shí)空的本質(zhì)卻仍是謎團(tuán)：時(shí)空是怎么產(chǎn)生的？為什么時(shí)空的性質(zhì)符合廣義相對(duì)論？微觀世界下時(shí)空和引力會(huì)是怎樣？物理學(xué)家現(xiàn)在還不知道真正的答案，不過他們似乎找到了一些線索。

時(shí)空編織物

想象一下，不斷放大時(shí)空，直到走進(jìn)普朗克尺度（宇宙中的最小尺度，約為1.62×10-33厘米）下的時(shí)空，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這里的時(shí)空虛粒子對(duì)不斷產(chǎn)生，如同沸騰了一樣，而且這里的空間結(jié)構(gòu)是不確定的，不存在時(shí)間概念。許多物理學(xué)家認(rèn)為，在這里會(huì)有另一種我們目前還不能揭示的更為基本的東西浮現(xiàn)出來。

雖然還存在著爭議，不過許多物理學(xué)家認(rèn)為更為基本的東西可能與一種被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”有關(guān)。這種超距作用就是量子糾纏。

量子糾纏，就是兩個(gè)量子系統(tǒng)（一個(gè)粒子或一堆粒子）在經(jīng)過短暫的彼此相互作用之后，單獨(dú)干擾其中任意一個(gè)系統(tǒng)，會(huì)不可避免地瞬時(shí)影響到另一個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)，即使兩個(gè)系統(tǒng)之間可能相隔很長一段距離。如果用信息觀點(diǎn)來理解的話，我們可以說，如果你測量其中一個(gè)系統(tǒng)，你就會(huì)知道另一個(gè)系統(tǒng)的信息。也就是說，量子糾纏是量子信息的一種關(guān)聯(lián)性。

物理學(xué)家認(rèn)為，一對(duì)糾纏粒子如同一個(gè)個(gè)零部件，它們之間再通過量子糾纏繼續(xù)粘合起來，形成一種連續(xù)光滑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣，時(shí)空就誕生了。或者，如果把時(shí)空看作一種編織物的話，那么糾纏粒子則是節(jié)點(diǎn)，量子糾纏則是絲線。

復(fù)雜的量子系統(tǒng)

物理學(xué)家有了這種概念后，下一步就是進(jìn)行嚴(yán)格的論證，來看看究竟量子糾纏是怎么編織出時(shí)空。不過問題就來了：研究包含多個(gè)物體的系統(tǒng)是一件十分復(fù)雜的事情，不管是經(jīng)典系統(tǒng)還是量子系統(tǒng)。例如，經(jīng)典系統(tǒng)里最為典型的例子就是“三體問題”。利用牛頓力學(xué)，你很容易計(jì)算諸如太陽和地球等兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，不過加入第三個(gè)物體，例如月球，就會(huì)把從可得到精確結(jié)果的問題變?yōu)橐粋€(gè)完全混沌的問題，這樣長期的運(yùn)動(dòng)情況得需要極為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)才能得到近似的結(jié)果。如果再加入更多物體，問題會(huì)變得更為復(fù)雜。

量子系統(tǒng)的情況更加糟糕。想象一下，量子系統(tǒng)有數(shù)億個(gè)原子，而且每一個(gè)原子都根據(jù)復(fù)雜的量子力學(xué)公式與其他的原子相互作用。即使只考慮一塊只有100個(gè)原子的金屬，每個(gè)原子的自旋可以是向上和向下，那么整個(gè)可能的狀態(tài)則為2100，或者大約為1030。只要再增加一個(gè)原子，可能的狀態(tài)就會(huì)增加一倍。所以，計(jì)算難度會(huì)隨著系統(tǒng)內(nèi)的粒子數(shù)量呈爆炸形式增長，直接硬著頭皮去計(jì)算是行不通的。

另外還有一點(diǎn)就是，研究量子糾纏如何編織出時(shí)空，避免不了處理引力問題，因?yàn)闀r(shí)空的彎曲程度就是引力，但是目前一些能把量子力學(xué)和引力結(jié)合在一起的理論，即量子引力理論，其數(shù)學(xué)公式仍極為繁瑣，物理學(xué)家還無法直接求解出精確結(jié)果。那么該怎么辦呢？

解決復(fù)雜問題

最近，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種數(shù)學(xué)工具，有能力去計(jì)算復(fù)雜量子系統(tǒng)。這種數(shù)學(xué)工具就是張量網(wǎng)絡(luò)。

張量其實(shí)是一種簡單的數(shù)學(xué)概念，它可以同時(shí)代表多個(gè)數(shù)值。例如，速度矢量是最為簡單的一種張量，它同時(shí)代表著速度的大小和運(yùn)動(dòng)方向。更為復(fù)雜的張量相互聯(lián)系起來組成網(wǎng)絡(luò)，可以表示一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)的所有信息。物理學(xué)家不需要求解出所有的信息，只需要把需要的信息提取出來即可。形象地說，張量網(wǎng)絡(luò)如同一個(gè)神秘的黑盒子，所有的東西都可裝進(jìn)去，而且它可以吐出你所需要的東西。

有了數(shù)學(xué)工具，那么下一步就是處理量子引力問題。解決的辦法與全息原理有關(guān)。

一張2維的全息照片包含所有3維物體的信息。同樣，一些物理學(xué)家認(rèn)為，整個(gè)宇宙可能就是一張全息圖，描述整個(gè)3維宇宙的信息，可以編碼到一個(gè)2維表面上?？梢赃@么理解：想象一個(gè)2維的電腦芯片，它包含的代碼，可以模擬出一個(gè)完整的3維虛擬世界。我們就可能生活在一個(gè)3維虛擬世界之中，也就是說我們所體驗(yàn)到的3維可能是一種幻覺。

1997年，阿根廷物理學(xué)家胡安·馬爾達(dá)西那發(fā)現(xiàn)，3維馬鞍形狀的宇宙模型里的一切性質(zhì)，與一個(gè)2維平滑時(shí)空下的無引力的宇宙模型里的性質(zhì)是完全一樣的。這種聯(lián)系被物理學(xué)家稱為“對(duì)偶性”。這種對(duì)偶性如同一部翻譯機(jī)，可以把一個(gè)很難讀懂的外文，準(zhǔn)確地翻譯為大家都能讀懂的語言。這樣，3維馬鞍形狀時(shí)空中的物理問題，就可以轉(zhuǎn)化為2維平滑時(shí)空下的物理問題，而且不需要處理引力。所以，物理學(xué)家可以利用這種對(duì)偶性繞開引力相關(guān)的計(jì)算。

時(shí)空的產(chǎn)生和破碎

問題都解決了，那么我們就來看看量子糾纏是如何把時(shí)空編織起來的。

研究這個(gè)問題，其中的一個(gè)關(guān)鍵假設(shè)則是局域性原理。局域性原理指的是，一個(gè)粒子只與一個(gè)離它最近的粒子發(fā)生糾纏關(guān)系。形成糾纏關(guān)系后，這對(duì)糾纏粒子就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)再通過量子糾纏與其他的節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來，這樣就組成了網(wǎng)絡(luò)。

由量子糾纏所組成的網(wǎng)絡(luò)有很多種，其中最為簡單又很實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)，叫做MERA（“多尺度糾纏重正化擬設(shè)”的縮寫）。我們具體來說一下。

想象在一個(gè)1維的直線上，存在著8個(gè)獨(dú)立的電子，分別稱為A、B、C、D、E、F、G和H。然后讓每一個(gè)電子與離它最近的電子構(gòu)成糾纏關(guān)系：A與B糾纏，C與D糾纏，E與F糾纏，G與H糾纏；然后再使得AB與CD糾纏，EF與GH糾纏；最后，ABCD與EFGH糾纏。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，隨著越來越多的量子糾纏的出現(xiàn)，時(shí)空的3維結(jié)構(gòu)就會(huì)逐漸浮現(xiàn)出來。

那么把糾纏逐漸拆開會(huì)怎樣？物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，把時(shí)空分為兩部分，并移除它們之間的糾纏關(guān)系，時(shí)空本身就會(huì)分裂為兩部分，就像不斷拉扯一塊面團(tuán)，中間部位就會(huì)發(fā)生撕裂，最終面團(tuán)會(huì)分裂為兩部分。如果繼續(xù)清除掉時(shí)空中各種量子糾纏，那么時(shí)空就會(huì)變成微小的碎片，彼此之間不再有任何聯(lián)系。所以說，如果去掉量子糾纏，那么時(shí)空就會(huì)破碎開來。

現(xiàn)在，物理學(xué)家正在把研究對(duì)象從靜態(tài)的時(shí)空，轉(zhuǎn)到動(dòng)態(tài)的時(shí)空，來研究時(shí)空如何隨著時(shí)間發(fā)生改變。到目前為止，物理學(xué)家已經(jīng)成功地推演出了描述引力的愛因斯坦場方程，以及廣義相對(duì)論的假設(shè)之一——等效原理。等效原理，可以說是在相同的引力場中的不同物體受到的引力加速度都是相同的。這說明等效原理這種假設(shè)其實(shí)是來自于量子糾纏。

到目前為止，物理學(xué)家還只能在馬鞍形狀的時(shí)空中來研究時(shí)空構(gòu)成問題。然而，我們所生活的宇宙并不是馬鞍形狀的時(shí)空，而是接近平坦的不斷膨脹的時(shí)空。物理學(xué)家希望今后能找到一種新的辦法，繞過繁瑣的數(shù)學(xué)，來研究我們所在的宇宙。