◎實習記者 李詔宇 實習生 王孫偉

　　身處天地之間，每每仰觀俯察，“宇宙是什么”這一問題往往會在腦海中浮現(xiàn)。事實上，在漫長的歷史中，人們經(jīng)常對此問題進行思考,對這一問題的認識也經(jīng)歷了一個復雜的演變過程。

　　近日，《新科學家》周刊刊發(fā)題為《對現(xiàn)實的重新思考：整個宇宙會不會就是一個量子單體》的文章，為我們提供了上述問題的一個可能答案——宇宙或許是一個巨大且特別的量子。

　　按照這篇文章的觀點，宇宙可能根本不是由分開的部分組成，而是一個單一的量子物體。7月24日，有關專家對記者坦言，如果真的找到證據(jù)來支持這一想法，可能將徹底改變?nèi)祟愃伎加钪娴姆绞健?/p>

　　人類宇宙觀經(jīng)歷漫長演變過程

　　中國科學技術大學物理學院天文學系博士馬瀟漢介紹，在遠古時期，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”則是我國古人對宇宙的初步解釋。

　　隨著人類的進一步觀測和探索，宇宙的輪廓逐漸清晰起來。在西方科學界，物理學者對宇宙的描述經(jīng)歷了從“地心說”到“日心說”，從太陽系到銀河系再到整個宇宙的演變過程。而中國古代也相繼出現(xiàn)過蓋天說、渾天說、宣夜說三大宇宙模型。

　　“從現(xiàn)代科學來講，宇宙本質上就是時間和空間的集合體。”馬瀟漢表示，“在這個時空當中，包括人類自身在內(nèi)的各種物質，都是作為宇宙的一部分而存在。”

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

　　多數(shù)近代物理學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，物質最終都是由夸克等基本粒子構成的。科學家們可以理解構成宇宙的基本粒子的性質，并借此推斷出宇宙的性質。在這種視角下，既然宇宙萬物都是由不可再分的物質粒子堆砌而成，那只要找出構成宇宙的基本粒子，再通過分析、歸納等方式，就可以還原出宇宙存在的真相。

　　德國理論物理學家海因里希·帕斯將這一過程形象地比喻為俄羅斯套娃。“我們不需要知道這個套娃里有沒有更小的套娃，而只需要關注到揭開的這一層套娃，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。

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

　　在還原論的指導下，科學家們建立了粒子物理學，并試圖構建出一個模型來解釋宇宙中所有的現(xiàn)象，這個模型被稱為“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。”馬瀟漢指出。換言之，還原論指導下的“標準模型”并不完善，這就促使科學家們提出一種更加完善的模型，將宇宙中所有的物質和現(xiàn)象納入。

　　中國科學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，人類只認識了宇宙的很小一部分。其中很大一部分——暗物質和暗能量，還停留在科學家的預測階段，尚需通過實驗手段進行驗證。

　　量子理論為宇宙探索提供新視角

　　高杰認為，研究暗物質等問題需要將描述微觀世界的粒子物理與描述宇觀世界（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和引力場所構成的物質系統(tǒng)）的宇宙學相結合。量子理論在宇宙學中的引入為宇宙學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無法解釋的問題。馬瀟漢表示，物理學家常用彩虹來比喻粒子物理學和量子物理學之間的對應關系。在彩虹中，紅、橙、黃、綠、青、藍、紫這七種顏色是肉眼可見的，而彩虹中紫色以上的區(qū)域（即紫外區(qū)）和紅色以下的區(qū)域（即紅外區(qū)）是肉眼不可見的。可見光部分相當于粒子物理標準模型適用的領域，而粒子物理標準模型之外的“紅外區(qū)和紫外區(qū)”則需要通過新思路，即結合量子力學和引力來解釋。

　　隨著研究的深入，物理學家發(fā)現(xiàn)，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進行說明。

　　科學家們猜測，這種現(xiàn)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聯(lián)，這種關聯(lián)性證明了糾纏的量子系統(tǒng)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，這也就意味著宇宙不同能量級實際上是同一的，宇宙萬物就不是由逐級變小的部分組成，整個宇宙是一個“單一、不可分割的量子體”。

　　一沙一世界，世界亦塵埃。“其實對于‘單一量子體’這一概念，科學界還沒有形成嚴謹統(tǒng)一的術語。”馬瀟漢指出，目前“單一量子體”這一猜想仍停留在科學哲學層面，科學家對于宇宙未知部分的探索仍在繼續(xù)。要想將這一猜想以更精確的方式表達出來，還需要更多觀測和理論方面的努力。

　　在不久的將來，如果科學家能夠找到證據(jù)證明量子糾纏適用于整個宇宙，那么人類過往的宇宙觀可能會被顛覆。人類可能需要從新的視角——宇宙作為一個糾纏聯(lián)系的單一量子整體——來理解和認識宇宙。

　　在求知欲和好奇心的驅使下，從千百年前的仰望星空開始，到如今在科學觀測和理論指導下理解宇宙，人類從未停下對宇宙探索的腳步。隨著文明和科技的進步，人類最終將揭開層層面紗，將宇宙的真實面貌越來越清晰地呈現(xiàn)出來。

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　　與宇宙起源相關的有趣理論

　　宇宙起源這個話題一直吸引著眾多科學家孜孜不倦地探索。雖然科學家們對宇宙究竟是怎么起源的尚無定論，但有幾種假說或許能為揭示這個謎團提供線索。

　　關于宇宙起源，最流行的假說可能就是“宇宙大爆炸”了。該假說認為，宇宙應該是誕生于137億年前的一次大爆炸。宇宙在最初的時候只是一個能量奇點，這個奇點不占用任何空間，但它卻被科學家們認為集合了宇宙中所有的物質和能量。在奇點發(fā)生爆炸的一瞬間，所有的物質和能量被釋放了出來，而現(xiàn)如今宇宙中的物質粒子都是在宇宙大爆炸之后4分鐘內(nèi)形成的。直到宇宙大爆炸后的38萬年，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，光子開始在宇宙中穿梭，原子結構得以形成。

　　愛因斯坦的廣義相對論預言了白洞的存在。白洞是一種性質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(qū)域噴射物質和能量，但不能吸收外部區(qū)域的任何物質和輻射。聚集在白洞內(nèi)的物質，只可以經(jīng)邊界向外運動，而不能反向運動。一些科學家認為，白洞通過蟲洞與黑洞相連接，把黑洞“吃”進去的物質再“吐”出來。我們的宇宙可能就起源于一次白洞噴射。

　　還有科學家認為，也許宇宙本身就是一個循環(huán)。宇宙在發(fā)生大爆炸后會不斷膨脹，但當它膨脹到一個臨界點、無法繼續(xù)膨脹時，就會向內(nèi)坍塌，直至再次形成一個奇點、再次發(fā)生爆炸。