时间的流逝：量子空间探寻

1995年5月，卡洛·罗韦利和李·斯莫林在《核物理学B》期刊上发表了一篇论文，总结了他们关于面积与体积离散性的工作。在论文中，他们宣布：“如果有人以普朗克尺度的精确度测量了一个物理区域的体积或是一个物理表面的面积，他们就会发现体积或者面积落在我们给出的离散谱里。”1

位于日内瓦的CERN拥有世界上最大的高能粒子对撞机，它平常探测的粒子尺度大概为10-18米，因此，普朗克尺度（10-35米）远不是我们短期内可以用实验手段探测的。然而，没有人能否认理论物理学家的成就的本质。在广义相对论和量子理论诞生超过80年后，它们仍然没有统一，但如今，通过一些理论物理学家的勤奋工作，我们看起来离最终的解决方法不远了。

总结一下前文：圈量子引力理论是人们尝试把从广义相对论中得到的一切关于时空本质的知识放到一个类似量子场论的框架中所得到的理论。它产生了一组方程，我们无须经过混乱而乏味的重正化过程就能得到它的解，而它的解被证明与我们选择的坐标系完全无关，也就是说与任何一种时空背景无关。不仅如此，这个理论完全基于广为接受的、经过经验检验的数学结构，我们无须进一步引入新的物理现实，如超对称或隐藏维度等。

然而，该领域的物理学家所感受到的喜悦只持续了很短的一段时间。就在罗韦利和斯莫林的论文发表几个月前，爱德华·威滕在一场大会上讲的一段话掀起了第二场超弦革命。

理论物理学家对超弦理论的兴趣在1984年掀起了第一场超弦革命。1987年，新论文的数目与迈克尔·格林和施瓦茨的原始论文被引用的次数达到顶峰。2然而，随着超弦理论的问题逐渐显现出来，它的热度也开始逐渐衰减。

最大的问题在于，超弦理论不是唯一的。超弦理论变体的数目，以及可能存在的隐藏额外维度所需的卡拉比-丘空间的数目都在急剧增加，物理学家无法决定该选择哪一个。超弦热潮让很多人受益，但久负盛名的院校机构能提供的职位越来越少。1994年末，几位原本被吸引来研究超弦的理论物理学家对该领域失去了希望，纷纷转换研究方向。

不过，一些固执的物理学家还在坚持。对于他们而言，超弦理论仍然充满希望。他们认为它的数学结构实在太优美，因此一定在描述大自然的过程中扮演了某种角色。不仅如此，超弦领域发展到这个程度，想要刹车已经不可能了：该领域可以说是“大而不能倒”（too big to fail）^[1]。超弦理论物理学家确信这是通往万物理论的唯一途径，是“仅存的独苗”3。许多人完全没有意识到，通往万物理论乃至通往量子引力理论，还存在别的路径。

此前，已有几位弦论物理学家通过超引力的计算表明时空维度数目应该是11，不是10。维数多得似乎有些难以控制。然而，1995年3月，在南加州大学举行的一场弦论会议上，威滕提出了一个大胆的猜想。他提出，或许5种不同的10维超弦理论，以及超引力理论，其实都是一个理论的近似。这个理论包含了11个维度，威滕将其称为M理论。他没有特意解释这里的“M”代表什么意思。

然而，超弦理论只有10维，没有第11维。要再加上一个维度，我们只能把弦本身重新诠释为一个更高维的物体，即膜（membrane，这或许是M理论中“M”的来源）。理论物理学家的研究重点马上从弦转移到了膜，英国著名弦论学家甚至把M理论直接称为“我们之前所说的弦论”。4

但这只是个猜想，还不能算是理论。威滕证明了10维超弦理论与11维超引力理论的等价性，但他还没能把M理论表述出来，只能推断这样的理论一定存在。根据我的经验来看，很多弦论科普作品的读者都忽略了这一点。M理论还不是一个理论。直到如今，都没有人知道M理论看起来是什么样的，尽管很多理论物理学家通过推测他们认为M理论可能具有怎样的结构，或者应该具有怎样的结构，做了一些修修补补的工作。M理论其实是一个假设，即假定存在一个唯一的11维超弦理论。

然而，这样一个假设足以让超弦理论潮流再起，甚至比上次势头更旺。超弦理论再次火了起来，关注度剧增，各机构拼命地挤出职位以招聘研究弦论的教职员工。5没过几年，弦论已然成为探索物理学“大问题”的首要理论，至少畅销的大众科学书籍——如布赖恩·格林1999年首次出版的《优雅的宇宙》（The Elegant Universe）都这样振振有词地解释。

其实，我们并不是非得在不同的研究方法之间选择一个。严密的科学逻辑告诉我们，所有的路都值得我们去探索，看看它们通往什么地方，而且确实每条路都有科学家在走。不过，自从弦论的第二次革命爆发以来，物理学家在量子引力理论上投入的精力已经严重偏向了弦论（或者说M理论）这一边。

发展一种科学理论很像下赌注。当你在两件事之间做选择的时候，理性的人都会选择能让期望效用最大化的那一件。然而，世界如此复杂，有时候完全无法预测，我们怎么能知道如何采取行动才能让期望效用最大化呢？我是应该把钱存在银行里，还是应该拿来炒股？我可以尝试计算每种行动能带来自己想要的结果的概率，并选择概率大的那一种。我也可以不计算这类概率，只看一眼银行利率，再研究一下股市，客观地比较一下。我还可以只从很主观的角度看待这些不同的选择，同时考虑我自己倾向于承受多高的风险。

如今，每年全球学术界能提供的科研职位、博士后助理职位的薪水，以及学生奖学金、访问补助金乃至计算机机时费，都是有限的。在美国，提供给弦论研究的资金大多数来自美国国家科学基金会（NSF）的高能粒子物理学分支，以及能源部的预算；提供给圈量子引力研究的资金则来自NSF的引力物理学分支。因此，这两个领域并没有面临直接的竞争。6然而，引力物理学分支还要给LIGO提供经费，而在艰难分配各个项目的经费时，难免要考虑到它们的价值孰高孰低，无论它们是否属于同一个预算部门。

如果一定要在弦论和圈量子引力之间做一个直接的选择，我们该如何判断它们最终发展成一个被理论物理学界广为接受并当作量子引力问题最佳答案的概率呢？

我会说，就我个人而言，这个概率取决于每个理论核心的伟大想法的本质（以及数目），毕竟所有的风险都来自这些核心想法。超弦理论基于两个想法——弦和超对称，而这两个想法至今都没有得到经验证据的支撑。弦也好，超对称也好，都是在解决现有的被广为接受的理论结构所存在的问题（如点粒子和等级问题）的过程中，基于物理学家对“自然可能是什么样”的揣测而得出的。

这一过程与古希腊哲学家提出自然可能由原子和虚空组成的过程，其实并无太大的差别。当然，古希腊哲学家并没有今天的弦论学者所拥有的复杂精致的数学框架，但不管怎样，单靠数学无法将形而上的思索变为经验现实。只有实验科学才能完成这一过程。

为了将理论与现实结合起来，就必须考虑超弦理论如何卷曲额外维度的问题。格拉肖写道：“你可能会问，弦论研究者为什么坚持空间是9维的呢？他们可不是通过精妙的推理或者有力的哲学论证来证明这一点的。他们认为空间是9维的，完全只是因为弦论在其他任何一种空间里都无法存在。”7再加上一个新的伟大想法——M理论，我们就开始觉得，我们正在建造的“房子”虽然看起来精致，却如纸牌屋一般不堪一击。

形成鲜明对比的是，圈量子引力只基于一个伟大想法，它用一种数学技巧重新表述，并大幅简化了广义相对论，让它接近量子场论的形式。其他所有的概念——力圈、纽结、链环、自旋网络，以及量子化的面积和体积，都能在应用这种物理学家在粒子物理标准模型的量子场论中已谙熟的技巧的过程中自然导出。圈量子引力理论是基于人们关于自然的已知事物而建立起来的，其自身的正确性完全能用广义相对论和量子理论来证明。

诚然，这些结构在物理学家努力捏合的过程中已经扭曲得不成样子了，因此也让我们怀疑它们是否真实存在。有些人认为，弦论更为严密，在数学上更精确、更一致，其结构定义也更清晰。然而，这种自洽性很大程度上来自超对称的假设，而且随着CERN的大型强子对撞机的ATLAS与CMS探测器合作组的结果不断发表，超对称的科学根基正在被不断削弱。

我认为，从我们关于自然已知的事物出发，总归要比从我们认为（或者说希望）自然可能拥有的性质出发要更好一些，尽管为此要牺牲一些数学上的严格性与一致性。哪怕只是稍微了解一下科学史，你都会发现缺乏数学上的一致性并不会阻碍真正的科学发现。从相对论出发研究量子引力理论，需要我们赌一把，但对于整个世界来说，这是个有把握赢的选择。圈量子引力的方法更接近我们此前构建量子场论的思路，而量子场论已经成为极为成功的理论，是当今粒子物理标准模型的基础。

当然，圈量子引力理论的缺点也不少。1995年，超弦理论仍然有希望成为一种万物理论，而从相对论着手的圈量子引力理论只能成为一种量子引力理论而已。^[2]约瑟夫·康伦（Joseph Conlon）写道：“事实已经证明，弦论包含的内容比量子引力多太多了。正因为它的内涵如此丰富，它才吸引了如此多的科学家。”8在量子场论的熏陶下成长起来的粒子理论物理学家很想知道引力子到底是什么，他们也习惯于在有背景时空的情况下做研究（或者说，他们根本没有意识到背景时空的存在会成为一种问题），因而并不操心时间维度消失的问题。

令人忧伤的是，这两种理论都没有发展到能做出预测，以有机会让实验物理学检验大自然究竟青睐哪一种的地步。物理学家完全没有实际的手段来在这两种理论间做出选择，因为这两种理论描述的都是极小尺度（即极高的能量）上的现象，因此在相当长的一段时间内，实验物理学想要接近它们的范畴都是不可能的。

但如果我们想真正理解1995年之后的理论物理学界发生了什么，就必须将这种实用主义的基本原则与人们的心理结合起来分析。在2006年首次出版的《物理学的困惑》这本书中，斯莫林列举了一些他认为弦论圈子里的人共有的性格特征：11

●极度自信（我要加上一句：“有时候接近于傲慢自大”）^[3]；

●有很强的群体共识和身份认同（群体思维），群体内部和群体外部存在清晰的界线；

●对群体之外的成员的观点完全无视，丝毫不感兴趣；

●总是倾向于从过分乐观的角度阐释证据（我会进一步将其总结为“证真偏差”——倾向于只关注能支持或确认该群体所持有的先入之见的证据）。

这些特征不可避免地让人联想到支持某些政党、教会或异教团体的狂热分子，^[4]斯莫林也暗示了这一点。早在1988年，谢尔登·格拉肖就写道：“根据这一门新的宗教……弦论的想法更适合数学系甚至神学系的人来研究。针尖上能站立多少个天使？比针尖小30个数量级的空间中能容纳多少个维度？中世纪神学又复活了吗？”12

我们确实可以用某种完全理性的标准来判断这两种量子引力理论中哪种更可能成功，但忽视“科学是人类造就的”这一点将是极为愚蠢的行为。对于理论的判断，会不可避免地掺杂一些不理性的考虑，受到观念、文化、群体领导者的价值观，以及他们行使权力和施加影响的方式的影响。拥有较大权威的人会设定标准，其他人则以这些标准来判断科学研究的价值，并相应地给予回报。这些标准可能会极大地影响经费申请，以及拥有世界上最聪明的头脑的人能否被最有名望的科研机构录取。

罗韦利仍然能回想起2008年他在一场备受瞩目的举办于CERN的弦论年会上的经历。尽管圈量子引力领域的会议通常都会邀请弦论研究者参加，但他受邀出席这场会议引起了一些弦论忠实信徒的不安。年轻的弦论研究者很好奇罗韦利会讲些什么，但戴维·格罗斯在总结发言中对圈量子引力做出了一个非常负面的评价：“弦论能吸收理论物理学中的一切内容，除了圈量子引力。但我们没有兴趣吸收圈量子引力理论。”13

我在企业界曾经听到过这样一句名言：“老板感兴趣的事情，我都感兴趣。”如果弦论圈是个教会，那威滕毋庸置疑是教皇。在《为什么是弦论？》（Why String Theory？）中，康伦承认了威滕的影响力：“他所研究的内容自然而然地流行了起来。只要他认为哪个课题重要，那个课题就会火起来。研究这门学科的聪明人有很多，但大埃德^[5]可只有一个。”14斯莫林记得有好几次，弦论研究者突然就对某个看似与他们的研究方向毫无关联的新进展产生了兴趣，这是因为他们看到威滕在图书馆阅读这方面的内容。这群人更是把“埃德怎么说？”这句话挂在嘴边，每当会议上有人做报告之后斯莫林就会听到这句话，他都要被惹烦了。15

对于当代理论物理学而言，对经验证据的要求似乎不再处于第一位了，这给了弦论研究者充足的理由来完全忽视这一要求，失去对这一要求的尊重，甚至抛弃科学方法的优良传统。而这种情况下的真正危险在于，如果这样的理论在多位聪明的理论物理学家的支持下随波逐流太久，物理学研究就可能会一直自我延续下去，哪怕它们已完全无法实现当初的承诺。

阿什特卡曾经希望基于他所提出的新变量而建立的对广义相对论的重新表述能填平引力方法和弦论方法两条路之间的鸿沟。斯莫林也曾认为有希望把超弦理论与圈量子引力理论统一起来，他甚至组织了一项计划来尝试做这件事（正是这种希望让他写了《通向量子引力的三条途径》这本书）。从1995年到2005年的10年时间里，斯莫林一直致力于发展一种背景无关的M理论，即圈量子理论的M理论扩展。但第二场超弦革命使得两种方法之间的鸿沟越发深了，而斯莫林这一举动显得两边不讨好，两个群体都对他的工作视而不见、充耳不闻。

这样的结果，无异于教会分裂。

彭罗斯曾设想让他的自旋网络成为一个框架，时空从其中自然演生。但在圈量子引力理论中，自旋网络的节点处产生的是空间体积的量子，节点之间的连接则表示空间体积量子相接处的面积量子，这在很大程度上是一个静态的图像。然而，理论物理学家必须找出一种方法为这样的时空框架引入某种动力学改变。这个问题被称为时间冻结难题（problem of frozen time）。

当然，关于时间的本质，哲学家已经思考了好几个世纪了。通过狭义相对论和广义相对论，爱因斯坦已经证明时间是相对的，而不是绝对的。爱因斯坦毫不犹豫地宣称：“对于我们当中相信物理学的人而言，过去、现在和未来之间的区别，只是一个顽固存在的幻影。”16

这样好倒是好，但不管某些哲学家、物理学家，以及少数深奥的数学方程如何认为，我们关于时间流逝的体验是毋庸置疑的（在第16章我们还会回到这个话题），而时间在整个科学领域，以及物理学的大部分领域中都扮演着重要的角色，这也是毋庸置疑的。不管怎样，广义相对论只是一种把时空诠释为引力场的理论。

如果在一个理论中时间消失了，理论物理学家要怎么把它重新加进来呢？

关键技巧仍然是放下日常经验给我们带来的偏见，换个角度思考问题。受日常经验的限制，我们总认为空间和时间是个背景，我们物理世界中的事件在这个背景下发生。因此，想象一个不存在时间和空间的世界，需要一番艰难的抽象思考。

在我们的经验世界中，我们先看到这件事发生，再看到那件事发生。如果我们可以在这两件事之间建立起理性的、物理的联系，就很容易推断，是这件事导致了那件事。如果我们看到类似的事情一再发生，我们就会进一步推断这件事总是导致那件事。

量子理论从某种方面扰乱了这种简单的逻辑，但也不尽然。尽管爱因斯坦担心“上帝掷骰子”，但量子理论并没有完全削弱因果之间的联系。在经典的经验世界中，我们能够确定性地推断这件事导致了那件事，而在量子世界中，我们就得更谨慎一点儿。我们只能推断，这件事会以一个特定的量子概率导致那件事，而且可以通过描述“这件事”的波函数计算出该量子概率。这件事也可能以一个不同的量子概率导致另一件事，导致所有不同结果的概率加起来为100%。我们无法精确地知道到底会发生什么（是发生那件事还是另一件事），除非我们去观察它（即对它进行测量），使波函数坍缩，才会得到众多结果之一。不过，发生的结果总归还是这些预期中的结果之一，其中仍然是有一些确定性的。

那么，在一个没有时间的世界里，我们该怎么看待因果呢？我们可能会认为，没有时间，肯定就没有因果了，因为没有时间一切都不可能发生了。但因果只是一种关系而已。而圈量子引力除了作为一种完全建立在关系之上的理论之外，还有什么含义呢？(www.xing528.com)

自旋网络给出的图像是静态的。但如果我们在自旋网络的上面叠加另一个略微不同的网络，追踪节点与连接之间的关系，会怎样呢？在纸面上，二维的节点和连接如今就变成了三维的结构，其节点变为“边”，连接变为“面”。这些边“携带”了一个特定的空间体积，而面则“携带”了一个特定的面积。我们在这个网络上面继续叠加一个网络，再叠加一个，如此往复。

举个例子，假设我们有一个包含3个节点（3个体积量子）和6条连接（6个面积量子）的自旋网络，在它上面叠加一个有1个节点和3条连接的网络。绘制出这些节点与连接的演化轨迹，也就描述了不同的网络，即不同空间量子态之间的转变（如图21所示）。

图21　在自旋泡沫中，自旋网络的节点变成线，连接变成平面。在这个例子中，一个由3个体积量子（3个节点）和6个面积量子（6条连接）组成的自旋网络变成了一个由1个体积量子和3个面积量子组成的自旋网络。不过，这个演化过程并不是连续的。我们只关注节点和连接的数目，因此时钟只在这两个量发生变化的时候才走动

这样做的结果就是理论物理学所说的自旋泡沫（spinfoam）。为什么称它为“泡沫”呢？因为这并不是一个平滑而连续的过程，其本质是量子的。空间随机地演化，从一个组态跳跃到另一个组态。约翰·惠勒仅凭直觉想象了时空在普朗克尺度上的样子：“讽刺的是，在我后来对引力和广义相对论产生兴趣以后，我不得不发明‘量子泡沫’这个概念，这些泡沫由不断从虚无中产生又凭空消失的粒子组成，而时空本身则被搅成了一团扭曲的肥皂泡形状。”17

现在，二维的自旋网络图终于能表示三维的空间了。通过绘制节点与连接从一个网络到另一个网络的变化轨迹，即在不同时间点上的剖面图之间建立因果关系，我们实际上引入了第四个维度。我们可以称这个维度为时间。每个自旋泡沫都能追踪局部事件的历史，包括该处在空间量子态之间的转变。它们是怎么被画出来的不重要，重要的是以节点和连接的数（和值）表示出来的网络的几何形状。图21展示的转变并不是连续地发生的，第一张图和紧随其后的两张图本质上都相同，只和第四张图不同，而只有在形状发生实质改变的时候钟才会走动一下。这类转变发生得非常快，时间仅为普朗克时间量级（普朗克时间是光走过普朗克长度所需的时间，大约为5×10-44秒）。

从1995年到2000年，一系列相关论文发表，自旋泡沫模型逐渐成形，其发展历史颇为复杂。除了罗韦利和斯莫林之外，还有多位理论物理学家参与了这项工作，包括约翰·W.巴雷特（John W.Barrett）、路易斯·克兰、约翰，贝兹（他提出了“自旋泡沫”一词，以致敬惠勒的想象）、劳伦特·弗赖德尔、岩崎淳一（Junichi Iwasaki，音译）、基里尔·克拉斯诺夫、福蒂妮·马科普洛（Fotini Markopoulou）和迈克尔·赖森贝格尔（Michael Reisenberger）。

这一模型或许能解释一些事情，但如果说它只是在用几张图来做游戏而已，除此之外没有什么意义，也并不过分。我们怎么能从这种图中准确地推断空间量子态究竟如何演化呢？我们需要从理查德·费曼于1948年提出的一种历史更久而我们又十分熟悉的量子力学方法中找答案。

费曼的方法植根于经典物理学中一些最简单的观察结果。为什么激光束发出的光总沿直线传播？因为从光源到目的地，走直线所需要的时间最短。这一原理首先由皮埃尔·德·费马（Pierre de Fermat，因费马大定理而知名）在1657年阐明。但光怎么能提前“知道”沿哪条路径传播花的时间最短呢？

费曼的回答是：光无须提前知道哪种路径花的时间最短，因为它走了从起点到终点的所有路径。

真的还是假的？我们可以想象在一个点光源和一张感光板之间放一张不透光的挡光板。如果我们在挡光板上挖一个小洞，那么到达感光板的光的强度（即振幅）只与通过小洞的光的振幅有关。如果我们在小洞旁边再挖一个小洞，为了计算到达感光板的光的强度，我们就需要将通过两个小洞的光的振幅相加。再挖第三个、第四个、第五个小洞，每次到达感光板的光的振幅都等于通过所有小洞的光的振幅相加。

等我们在挡光板上挖了无数个小洞，挡光板就被挖空了，不复存在。在这种情况下，我们就可以得出结论，到达感光板的光走了从光源到感光板的所有路径。

费曼将这条相对简单的物理学原理发展成另外一套描述非相对论量子力学的表述形式。他认为，一个量子粒子在从一个位置到另一个位置的过程中走了它所能走的所有路径，即该粒子运动的所有可能“历史”的综合。而在一个特定的位置发现该粒子的概率则由所有可能到达该点的路径的振幅总和决定。

在量子世界中，“选择一条路径”并不简单地意味着从A点移动到B点，路上可能发生任何奇怪的事情，比如虚粒子的产生和湮灭，这一点我在第4章中已经提到过。每种可能的路径或者我们所说的历史，都可以被描述为一张费曼图。对所有历史求和，就等价于对所有可能的费曼图求和。

当然，费曼图是画在一个假定的时空背景上的。但理论物理学家发现，类似的方法可以应用在圈量子引力上。每个自旋泡沫代表了一种可能的历史——网络的节点和连接之间一系列遵循因果关系的步骤，可以被视为量子引力中的费曼图。每个自旋泡沫都对应一个概率。为了知道空间量子态是如何演化的，我们必须计算出所有可能的自旋泡沫（所有可能的历史）的发生概率，并把它们相加。把所有不同的量子泡沫加起来，就会得到一个量子叠加态。我们把最终得到的这个大尺度结果叫作时空。

如今，关于自旋泡沫方法还有很多悬而未决的问题，如果你发现它并没有我刚刚描述的那么简单直接，你也不要太惊讶。从原理上说，自旋泡沫让我们能够通过自旋网络的演化来构想时空，但我们也不要对它寄予太多不切实际的期望：它仍然是一个研究活跃的领域。

对于有志于从相对论开始研究量子引力的理论物理学家来说，阿什特卡和斯莫林于1993年在美国宾夕法尼亚州立大学帮助建立的引力物理学与几何学中心仍然是一座重要的安全岛，矗立在越发波涛汹涌的弦论物理学海洋之中。它吸引了很多聪明的年轻物理学家走上这条相对冷门的量子引力之路。

福蒂妮·马科普洛就是其中之一。1997年，她在自旋网络的因果演化方面的研究吸引了斯莫林的注意力。马科普洛在希腊雅典长大，毕业于英国伦敦玛丽女王大学，然后在帝国理工学院跟随艾沙姆读博。斯莫林邀请她到宾夕法尼亚州立大学的研究组访问了几个月，她在那里完成了博士论文。次年，马科普洛在阿什特卡、斯莫林和普林的邀请下回到宾夕法尼亚州立大学工作。

这个领域从来不缺特立独行的人，然而马科普洛的个性在其中仍属极端。她鄙弃弦论的原因是她觉得弦论“太男性化”，而她来到宾夕法尼亚州立大学可谓是在对的时候来到了对的地方。“一系列彼此不同的想法正在紧密合作，你会感觉到自己做研究的速度比隔壁屋的那个家伙更快，这在量子引力领域是很不寻常的。”她解释道。18然而，在帮助建立了一种能把时间的幻影重新带回圈量子引力理论中的数学技巧后，她自己却不接受这种基本假定。她坚持认为，时间应当是最基本的量，空间则是时间的流逝留下的一种印象。斯莫林一开始对这一想法很是抗拒，但随着思考的深入，他渐渐倾向于赞同马科普洛的看法——时间的本质和状态应当是他接下来几年的主要研究课题（我们在第16章还会回到这个话题）。

斯莫林与马科普洛的合作，以及他们共同的物理学观念，让他们之间的关系日益亲密。1999年，他们结了婚，并一同前往伦敦的帝国理工学院工作，两年后又回到美国。

2000年，超弦理论风头正劲，不仅吸引了大量关注，也吸引了大量资金。基普·索恩警告斯莫林，除了寻找引力波的相关工作之外，NSF不可能再挤出经费来支持其他方面的引力物理学研究了。19前途看起来一片渺茫。

霍华德·伯顿（Howard Burton）的到访让斯莫林和马科普洛感到非常意外，不过是意外之喜。此时，这位年轻的理论物理学家刚刚在加拿大安大略的滑铁卢大学获得博士学位，他不是来问斯莫林夫妇有没有博士后职位或者研究基金的，而是问他们是否有兴趣共同创建一个全新的理论物理研究所。

伯顿此前为了寻找报酬丰厚的职位，大胆地直接给一系列科技公司的CEO（首席执行官）写信，询问有没有工作机会。他的信吸引了黑莓手机的制造商——动态研究公司的创始人和联合CEO迈克·拉扎里迪斯（Mike Lazaridis）的注意。拉扎里迪斯正好有一个空缺岗位：他正考虑建立一个新的理论物理学研究所，想让伯顿为他的计划调研一下。

吸引斯莫林和马科普洛的并不是伯顿不同寻常的故事（见第一面的时候，伯顿并未提到新研究所的出资者是谁），而是他提到新的研究所可能会得到大量的资金支持。在之后的一系列交谈中，伯顿提到，支持这个研究所的资金可能高达1亿美元。

在为拉扎里迪斯调研的过程中，伯顿与很多理论物理学家都聊过。在读博士的时候，他惊讶于量子引力研究领域“充满异议和社会学方面的障碍”。譬如说，超弦理论学家跟用其他方法解答同一个问题的人，从来不会产生什么有建设性的互动，反之亦然。20当晚晚餐时分，斯莫林与马科普洛对这个新的研究所表现出相当大的兴趣，之后还秘密地前往加拿大，与拉扎里迪斯讨论加入该所事宜。这个新研究所就是后来的圆周理论物理研究所。

当时的斯莫林也处在过渡时期。他刚刚结束了在宾夕法尼亚州立大学为期两年的无薪假期（他正是在这个假期去了伦敦的帝国理工学院访学，他在帝国理工学院享受教授待遇，薪水由一个私人基金会提供）。斯莫林和马科普洛都答应加入这个新研究所。于是，2001年，只有三名教员——斯莫林、马科普洛和加拿大弦论学家罗伯特·迈尔斯（Robert Myers）和四位博士后助理研究员的圆周理论物理研究所成立了。而这时，斯莫林与马科普洛已经友好分手了。

千禧年的来临似乎让每个人都开始思考改变人生的重大决定，^[6]这一气氛也感染了罗韦利。1994年的一天，罗韦利在英国剑桥的艾萨克·牛顿数学科学研究所吃晚餐的时候，碰巧坐在了著名法国数学家阿兰·科纳（Alain Connes）的旁边。有了几杯酒的助兴，他们交谈得十分愉快，讨论了一系列数学和物理学问题。在讨论到某个话题时，科纳突然坦言：“关于时间是如何产生的，我有个想法，但没人认真对待我这个想法。”2 1

在经历了短暂的迷惑之后，罗韦利意识到，科纳的想法与自己之前一直在做的工作完全一致。他立刻飞奔上楼取回自己最近的论文。罗韦利与科纳在餐桌前聚精会神地思索着论文的内容，从多个角度展开讨论，运用了各种各样的数学技巧。科纳意识到，罗韦利的工作只是自己提出的方法的一个特例。那年晚些时候，他们俩合作发表了一篇论文。

事实证明，这是一次幸运的合作。与科纳的大名联系在一起，让法国几家机构开始向罗韦利敞开大门。就在合著论文发表的几个月后，罗韦利接到了一个电话，邀请他加入位于马赛九区的吕米尼的理论物理学中心，它坐落于地中海海岸。

1998—1999年，罗韦利担任马赛这个理论物理学中心的研究主任。2000年，他终于选择离开匹兹堡，来到这里接受教授的职位继续工作。10年的美国漂泊生涯让他得以继续追寻自己的科学事业，也为他带来了新的同事（他们的友好关系将持续终生）和极好的机会。对于离开美国，他有诸多不舍，但对于这一次的决定，他比上一次更为坚定。

阿什特卡、罗韦利和斯莫林再次天各一方，不过他们合作的决心从未因此有所减弱。他们已经并肩走了很长的一段路，也完全应当为自己取得的成就而自豪，不过要做的事情还有很多。几年后，彭罗斯如此描述他对圈量子引力的看法：

我会毫不犹豫地说，这些进展是自半个多世纪前狄拉克等人开创量子引力正则化方法以来该领域最重要的进展。圈态确实阐释了广义协变性提出的深刻问题中的至少一部分。不仅如此，这些进展似乎还将讨论引入了一个令人着迷且出人意料的方向，时空结构开始展现出一些喜人的离散性元素。22

在斯莫林首次出版于2000年的大众书籍《通向量子引力的三条途径》中，他表现得更为乐观。他提出，我们“到2010年，最多2015年就能得到量子引力理论的基本框架了”，23还预言到21世纪末的时候，量子引力理论会被写入高中课本。

虽然量子引力领域确实有了不少进展，但进入新千年以来的事实表明，要做的工作还有很多。或许最重要的问题在于，圈量子引力应当是一个引力理论，而引力表现为物质对象之间的一种力。

我们需要往这个新理论中加入一些物质实体了。

【注释】

[1]“大而不能倒”是一个经济学领域的概念，指一些规模极大的企业一旦倒闭，可能会掀起巨大连锁反应，给社会造成更严重的伤害，因此在它们濒临破产时，政府应当出手相救。——译者注

[2]斯莫林一直不理解这个观点到底是什么意思，他认为圈量子引力理论完全能适应粒子物理标准模型所需要的量子场结构，如果有需要，它还能与希格斯场，甚至超对称相结合。9罗韦利对这一观点的反驳则是：“我们并没有接近物理学的尽头。我们最好也不要幻想存在一个终极的万物理论来解决一切问题，还是一次只解决一个问题吧。”10

[3]我最喜欢的来自加拿大哲学家、20世纪60年代媒体理论学家马歇尔·麦克卢汉（Marshall McLuhan）的名言是：“我可能犯错，但我从不怀疑自己。”要了解更多麦克卢汉主义的内容，可以参阅网页：https：//marshallmcluhan.com/mcluhanisms/。

[4]我必须指出，这只是对于客观现象的总结，本身并没有批评的意思。各行各业的许多人都会表现出这种倾向，圈量子引力圈子里的一些成员也会表现出这些特征。

[5]威滕名“爱德华”（Edward），“埃德”（Ed）是他的昵称。——译者注

[6]我在这里采用大多数人的纪年方法，将1999年12月31日视为上一个千禧年的最后一天。那一天对我自己来说也有重要意义：我决定从公司辞职，建立自己的事业。这一决定背后有很多理由，但其中之一是为了有更多的时间写与科学相关的文章和书籍。