一个世纪前，物理学的突破是迅速发生的。 有量子力学和爱因斯坦的时空理论，有大量的新粒子，两种新的核力，最终是粒子物理学的标准模型。 这一进步及其技术应用赢得了尊重，如果不是彻头彻尾的恐惧的话。
但今天，物理学的基础是一个昏昏欲睡的地方。 我们仍然在咀嚼一个世纪前的相同问题——所有这些咀嚼并没有使它们更容易消化。 什么是 暗物质 ？ 量子力学的真正含义是什么？ 为什么引力拒绝与量子物理学合作？ 当我无法入睡时，我想这些问题已经让爱因斯坦夜不能寐了。
从那时起，针对这些问题中的每一个都提出了许多解决方案的想法，但很少有真正的新问题能够见到曙光。 这就是为什么我非常兴奋地看到伦敦大学学院量子理论教授乔纳森·奥本海姆（Jonathan Oppenheim）最近发表的文章。
我过去曾见过几次奥本海姆，因为我们有着相似的思想史。 奥本海姆和我都曾经研究过黑洞，更具体地说，是关于 黑洞是否真的会破坏信息 的问题。 似乎我们俩都得出结论，如果不首先了解空间、时间和量子物理学如何协同工作，就无法解决问题。 但在那里，我们分道扬镳了。 虽然我把黑洞信息悖论归咎于量子物理学，但奥本海姆却把罪魁祸首归咎于引力。
平心而论，把责任归咎于引力更有意义，因为引力是自然界基本力中一个奇怪的。 虽然电磁学（电力和磁力的结合）、强核力（使原子核保持在一起）和弱核力（导致核衰变）都是由量子过程描述的，但引力不是。
正如物理学术语所说，引力是一种「经典」或非量子理论，仍然由爱因斯坦的广义相对论来描述。 它是一种确定性理论，这意味着未来的事件可以从过去的事件中推导出来。 量子力学打破了这种决定论：它带来了固有的随机性，即不可预测的量子跳跃，每当你测量一个粒子时就会发生。
根据量子力学，这种随机性是基本的; 这不是 因为我们缺乏信息 ，而只是大自然的样子。 因此，在量子力学中，我们无法做出明确的预测，只能做出概率预测。 例如，我们可以说一个原子在10天内以50%的概率衰变，但不能确切地说它何时衰变。
爱因斯坦根本不喜欢这样。 他认为量子力学固有的随机性只是意味着理论是不完整的，它缺少一些东西。 他认为，一个好的理论应该是经典的，就像他自己的广义相对论一样，正如爱因斯坦打趣的那样，如果他的理论是错误的，那么他会为善良的上帝感到难过。
到目前为止，我们没有必要为主感到难过。 爱因斯坦的杰作已经过无数次的精确测试，并经受住了任何试图伪造它的企图。 尽管在实证上取得了成功，但大多数物理学家认为这是错误的。 原因是广义相对论无法描述我们知道在自然界中发生的一些情况。
举一个简单的例子，此刻可能发生在实验室中。 电子通过带有两个细缝的板发送，即双缝。 它是一种具有量子特性的粒子，因此电子可以 同时穿过两个狭缝 。 这不仅仅是一个故事; 我们知道，这对于在狭缝后面的屏幕上正确描述我们的观察是必要的。
我们也知道电子有质量，质量会产生引力。 但是，如果电子通过双缝，引力指向哪里？ 爱因斯坦的广义相对论无法回答这个问题，因为它不能同时处理位于两个地方的粒子。
这并不是爱因斯坦的数学无法应对的唯一情况。 还有一个问题，即黑洞内部发生了什么，奥本海姆和我以及许多其他物理学家都试图回答这个问题。 大爆炸也 出现了类似的问题。 爱因斯坦的理论不适合处理这些情况。 我们需要更好的东西，一种将量子物理学与引力相结合的理论，通常称为 「量子引力」。
物理学家早在1930年代就已经在讨论这个问题，大约在暗物质首次被发现的同时。 几十年来，他们认为爱因斯坦的引力可以转化为量子理论，就像物理学家对电磁力所做的那样。
到了 1960 年代，事实证明这行不通。 理查德·费曼（Richard Feynman） 和布莱斯·德威特（Bryce DeWitt）等人试图使用已知的数学赋予引力量子特性。 但是由此产生的理论（现在称为「扰动量子化引力」）并没有奏效。 当外推到极端情况，如大爆炸或黑洞内部——这正是我们最感兴趣的地方！——它产生了无法治愈的无限性。 这些导致了对概率大于一的预测，无用的数学废话，无助于物理学家理解真正发生的事情。
在那之后，还有许多其他尝试将引力转化为量子引力理论： 弦理论 、环量子引力、渐近安全引力、因果动力学三角测量等等。 它们都有其优点和缺点，但长话短说，它们的缺点使它们都无法令人信服（除了从事它们工作的人之外，对任何人都有说服力）。
如果说过去50年教会了我们一件事，那就是调和量子物理学与引力的问题比任何人想象的都要困难得多。 经过如此多的尝试和失败，我们似乎错过了一些重要的东西。
Ppenheim的新理论可能是物理学家所缺少的。 从表面上看，他的想法很简单：与其试图赋予引力量子属性，不如让引力像量子物理学一样随机，这样两者就可以结合在一起。
粗略地说，奥本海姆假设空间和时间与时空相结合，不断进行微小的随机变化。 根据这一理论，时空在我们周围不断不知不觉地移动。 这种移动——不要与引力 波的摆动 混淆——与引力联系在一起，因为在爱因斯坦的理论中，引力是由时空本身的曲率来描述的。
因此，在奥本海姆的框架中，时空的随机变化会影响量子粒子的运动，而这些量子粒子反过来又影响时空的变化。 这是一个双向的过程，与 约翰·惠勒（John Wheeler ）对广义相对论的单行总结完全一致，即「时空告诉物质如何移动; 物质告诉时空如何弯曲。
但是，以这种方式将引力和量子物理学结合起来听起来比实际更容易。 奥本海姆面临的问题是，没有数学可以实现量子物理学和经典物理学的交汇点：物理学家用数学来处理量子系统，用数学来处理非量子系统，但没有数学来处理两者的混合。 所以，奥本海姆不得不自己去发展这种数学。
大约五年前，我读了他的一些早期作品，说实话，我并不是特别兴奋。 （乔纳森，如果你正在读这篇文章，我是裁判，他写道这个想法「不是无趣的」，而是「非常投机、不成熟和模糊」。 我坚持这一点，因为我真的觉得第一次尝试造成的问题比它解决的问题多。 但奥本海姆没有放弃，五年来已经产生了很大的不同。
值得一提的是，奥本海姆的理论在量子力学的基础中有着密切的数学亲戚。
量子力学的标准形式主义在量子实验中测量发生的那一刻突然引入了随机元素。 在测量之前，量子系统可以有许多可能的结果，但是一旦进行了测量，这些可能性就会「坍缩」成一个现实。
假设你发送一个光量子，一个光子，通过一个称为分束器的半透明板。 根据量子力学，并不是一半的光子通过而另一半被反射，而是所有光子都分裂成两种可能性。 然而，一旦你测量了光子是否通过，你要么检测到它，要么不检测到它。 因此，两种可能性已经合二为一。
在量子力学中，这种坍缩是一个不连续的、也比光速更快的过程，这很难与爱因斯坦关于没有任何东西比光速传播得更快的想法相调和。 测量坍缩的超光速过程不会对爱因斯坦的数学造成彻底的问题，原因是坍缩是不可观测的。 这是因为你观察到的唯一是测量的结果——即坍塌的后果——而不是它之前发生的事情。 但它不可观测也意味着我们无法知道它确实是不连续的。 这为我们打开了尝试用更好的东西来取代它的可能性，一些更符合爱因斯坦想法的东西。
一种方法是通过将其转变为一个渐进的过程来补救这种突然的测量崩溃。 这个想法在统称为「客观崩溃模型」的模型中得到追求。 在这些模型中，一个粒子在测量时不会随机跳跃到一个「现实」，而是进行许多小的调整，这些调整加起来就是我们所说的坍缩。 奥本海姆的方法模仿了这个想法，但也将其与重力联系起来，因为重力是这些随机跳跃的原因。 在测量过程结束时，重力混合在非量子元素中。
重力本身就是测量崩溃的原因，这是 罗杰·彭罗斯（Roger Penrose ）率先提出的一个想法。 现在，彭罗斯的方法与奥本海姆的方法完全不同，但它们仍然是相关的，因为最终是引力导致了量子可能性的明显崩溃。
奥本海姆的后量子引力改变了引力和量子物理学。 这是个好消息，因为通过实验测试与量子粒子有关的引力定律的变化是极其困难的，因为与其他基本力相比，引力在小尺度上是一种极其微弱的力。 然而，通过实验测试与量子力学的偏差要容易得多，因为这些偏差可以用新的量子技术非常精确地测量，这为确定奥本海姆的想法是否成立开辟了一条道路。
引力不是量子理论的模型通常倾向于增加量子物理学固有的不确定性。 这听起来可能有点违反直觉，因为量子物理学以其不确定性而闻名，因此人们可能会认为将引力保留为非量子理论会减少而不是增加这种不确定性。 唉，让引力成为非量子意味着它不符合我们所知道的粒子所具有的量子特性——比如同时在两个地方。 将两者结合在一起，就会放大量子物理学的随机性。 在实践中，这可能会导致抖动增加，或者测量结果意外地大量传播。
量子不确定性的这种放大也发生在奥本海姆模型中。 在这种情况下，起源很容易确定：额外的不确定性来自时空的假设随机性。 这为实验测试它提供了可能性，例如通过精确跟踪物体的引力，看看它是否意外波动。
例如，这可以通过一个标准 （卡文迪许型） 实验来完成，该实验通过将两个物体悬挂在电线上并跟踪物体相互吸引时电线的钻孔量来测量两个物体之间的引力。 目前这种类型的实验排除了后量子模型的一个变体，如果实验的灵敏度可以进一步提高——我相信有人在某个地方正在研究——那么这可以告诉我们仍然可行的变体是否在意想不到的波动中出现。
我不想向你隐瞒，我认为奥本海姆的理论是错误的，因为它仍然与爱因斯坦所珍视的地方性原则不相容，该原则说原因应该只从一个地方传播到最近的邻居，而不是跨越距离。 我怀疑这迟早会引起问题，例如节能问题。 不过，我可能错了。
如果奥本海姆是对的，那就意味着爱因斯坦既是对的，也是错的：引力的正确性仍然是一个经典的、非量子的理论，而错误的是 上帝确实在玩骰子 。
