社论：量子力学百年——一场未完成的革命
尽管量子物理的基本思想可追溯至二十世纪初，但直到1925年，在德国黑尔戈兰岛上，维尔纳·海森堡才获得灵感，标志着量子理论的真正开端。此后短短数年间，一种全新的物质现实范式以惊人速度涌现，彻底颠覆了此前的经典物理学体系。
这一量子世界从根本上与我们的直觉相悖：粒子与波可相互转化；任何事物都无法被完全确定；观测行为本身似乎在决定被观测对象的过程中起着核心作用。这个世界引发的疑问极其深远，而它与现代物理学另一支柱——阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论——的关系亦不协调。然而，量子计算机及其他基于该理论构建的技术的潜力，足以令人确信：历经一个世纪，量子理论如今仍将长期存在。
教科书对量子力学中事件空间定位的解释存在显著缺陷，这种模糊性在涉及引力时尤为突出。若要实现量子理论与引力的自洽统一，必须构建全新的理论框架。
统一引力和量子理论需要更好地理解时间
量子力学是人类最成功的物理理论体系。其诞生虽源于原子现象的解释需求，但应用范畴早已突破原子尺度——从精确预测大爆炸后数分钟内轻元素丰度，到支撑现代半导体技术发展，均可见其威力。该理论在基本参数预测方面亦展现惊人精度，例如电子磁矩（与电荷磁行为相关的物理量）的计算误差不超过十万亿分之一。
当前对物质基本成分的最佳描述——粒子物理标准模型，本质上是量子理论。且“所有物理系统均为量子系统”这一论断至今未被证伪。
然而在引力领域，近百年探索仍未形成公认的量子引力理论基础框架，这一困境与其他量子理论的成熟形成鲜明对比。究其原因，部分在于引力现象缺乏明确的实验观测指引，部分则源于引力本身的特殊性——它使量子引力区别于其他所有物理理论。
本文将借助爱因斯坦的洞见，剖析量子引力研究中的核心矛盾，并探讨基于费曼量子力学新视角的突破路径。
量子基础
维尔纳·海森堡1925年在丹麦黑尔戈兰岛的突破性工作揭示：原子量子态跃迁并非发生在传统三维空间，而是存在于量子态构成的希尔伯特空间。这一发现引发了量子预测新规则与传统三维空间物理事件观念之间的根本冲突。
若跃迁不在三维空间发生，其真实位置何在？海森堡虽未明确回答，但保罗·狄拉克等人迅速给出数学解答：量子系统的“希尔伯特空间”可形式化表示这些跃迁位置，其本质是包含所有可能量子态的向量空间——量子态可视为多维空间中的定向矢量。
希尔伯特空间中的量子态跃迁通过特殊相互作用（即测量过程）与三维空间仪器关联。这种相互作用决定了三维空间中的测量结果。为进行此类预测，希尔伯特空间事件必须与三维空间事件协调，协调机制通过时间同步实现：希尔伯特空间中量子态矢量的旋转运动（由薛定谔方程支配）与三维空间时间流逝同步，旋转角度严格对应时间流逝量。
三维空间中的测量仪器和物理学家同样经历时间流逝。这类似英国广播节目《抱歉，我没线索》的游戏机制：名人选手需跟随录音演唱，静音时段继续哼唱，恢复录音时若与原声同步则得分。在此类比中，播放的乐曲对应希尔伯特空间演化的量子态，歌手对应测量仪器，静音时段对应非测量期，恢复录音时刻对应测量瞬间。
游戏中歌手可能脱节，但量子力学中这种同步始终完美无缺：三维仪器时间流逝与希尔伯特空间时间流逝（由态矢量旋转角度标记）严格一致。这种同步性如此根本，以至理论中统一用符号t表示三维空间与希尔伯特空间的时间。
通过这种时间同步概念，海森堡及其哥本哈根学派同事在三维空间物理事件与希尔伯特空间量子演化之间建立了成功的“和解方案”：虽然量子态演化发生在希尔伯特空间，但科学预测的对象始终是三维空间中的仪器测量事件。
过去百年的实践证明，量子物理学家通过接受这种“位置二元性”取得了巨大成功。然而当量子系统是引力本身时，哥本哈根框架失效。
引力的例外性
引力与其他物理系统存在本质差异。广义相对论作为引力理论的核心，其物理实体是时空本身——四维物理结构具有几何属性，能弯曲、波动、携带能量，并遵循与牛顿力学同样精确的运动定律。
在该理论中，时空从静态舞台升格为动态参与者。引力的特殊性体现在：时空缺席时无任何物理事件存在可能；而粒子缺席时，时空仍可独立演化（如引力波传播）。广义相对论的核心命题是：所有物理存在要么是时空，要么存在于时空中。
这导致哥本哈根框架的根本矛盾——其要求量子系统外部存在三维空间的测量仪器，但当量子系统是时空本身时，这种外部空间不存在。此外，广义相对论的时间特性破坏了同步性：每个物理实体沿各自“世界线”经历独特的固有时流逝，这些时间流无法全局同步，更无法与希尔伯特空间时间同步。因此，海森堡的和解方案在量子引力中失效，必须另寻他途。
费曼的备选方案
1985年，费曼在系列讲座中阐述量子电动力学（其因该成果获1965年诺贝尔物理学奖）时，提出量子理论的新路径：完全摒弃希尔伯特空间演化，消除“位置二元性”的困扰。
费曼将量子现象直接建立在时空事件与历史上——这些概念与广义相对论的核心要素一致。自20世纪80年代起，詹姆斯·哈特尔与拉斐尔·索金独立发展了基于费曼方法的量子引力替代理论。其运作机制如下：
事件是可能发生的物理现象（如“班加罗尔某日降雨”），具有确定的时空位置，且非真即伪。虽无法预先确定事件是否发生，但事后结果确定。事件的历史是对事件发生的详细描述，同一事件可有不同历史（如不同雨滴分布）。
在费曼量子物理中，历史包含理论允许的所有细节，包括系统中所有粒子的时空轨迹。特定事件概率通过“历史求和”计算：对事件的所有可能历史，理论赋予复数权重，取模平方后得到概率值。此方法重现了哥本哈根框架的预测结果，却无需提及希尔伯特空间。
新兴图景
量子力学的“诡异”世人皆知。历史求和方法中，这种诡异体现何处？位置二元性消失了，三维空间仪器与希尔伯特态的测量相互作用也消失了。但量子特性不会消失，恰如地毯褶皱——此处平整则彼处凸起。
历史求和的“诡异”在于：费曼概率对所有事件不满足经典概率加法规则。宏观事件（如降雨或测量结果）的费曼概率符合直觉，但微观事件（如基本粒子路径）的费曼概率违反概率加法，因概率值本质是复数权重的模平方。
哈特尔与索金分别提出解决方案，该问题至今仍是开放课题。但即使在此不完全阶段，历史求和方法已能容纳量子引力。
广义相对论的核心启示——时空具有物理实在性——通过事件本质与时空结构的内在关联融入历史求和。因此，量子引力中每个事件概率求和的历史，都是时空与物质的联合展开。
历史求和视角下的量子引力已在宇宙学中产生惊人预言并获观测验证。20世纪90年代初，索金结合“事件原子性”假设（事件由不可分的最小单元组成），预言宇宙常数非零且随时间波动，自然单位下数值约10⁻¹²⁰。这一预言在1998年通过超新星观测得到证实：观测显示宇宙加速膨胀，膨胀速率与索金预言的当前宇宙常数值一致。近年宇宙学数据更暗示宇宙常数可能存在时间演化，与索金预言完全吻合。
从原子量子物理到宇宙尺度的量子物理，人类已走过漫长道路。下个百年，或许将是微观与宇宙物理深度交融的时代——整个宇宙作为最大的量子系统，其观测数据将持续启迪我们对量子世界本质的理解。
编者评论
文章探讨了量子引力统一难题，精准诊断了量子力学与广义相对论的兼容性痛点：传统哥本哈根诠释依赖于抽象希尔伯特空间与三维物理空间的“时间同步”二元框架，却在处理时空作为动态物理实体的引力时彻底失效。这种“位置二元性”——量子态演化脱离真实时空——不仅是量子基础的哲学顽疾，更是量子引力理论停滞的根源。作者借费曼的“历史求和”路径积分方法，提供了一个优雅备选：将量子概率直接锚定于时空事件与历史，避免了测量坍缩的诡异介入，转而通过所有可能时空展开的求和来计算概率。这一范式不仅兼容广义相对论的时空物理性，还在索金的原子事件假设下，预言了宇宙常数的非零波动——这一1998年超新星观测验证的惊人成果，彰显了其预测力。然而，文章也坦诚了微观事件概率的“地毯褶皱”问题（费曼概率无法归一化），这仍是开放挑战，哈特尔与索金的方案虽有潜力，但需进一步实验检验，如通过未来量子引力实验或宇宙学数据（如JWST观测）来验证。总体而言，此文不仅是量子百年反思的精辟总结，更为下个百年微观-宏观物理交汇指明方向：时间不再是中性坐标，而是量子与引力统一的钥匙。对于普通读者，这提醒我们，科学进步往往源于重新审视基础假设——量子之谜，或将重塑我们对宇宙的整体认知。
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