很多时候，日常生活中出现的问题，我们都可以非常自信地回答。你吃过午饭了吗？你看过最新科学小说《三体》？最近新冠肺炎哪几个国家最严重？这些问题我们都能应答如流。

但是，当我们开始思考大问题时（今天要回答的量子力学和广义相对论能否调和），我们的自信直线下降。量子力学与行星无关吗？广义相对论是能量等于质量乘以光速平方倍（E=mc^2）的相对论吗？运动是相对的还是永恒的？时间是什么？

不要害怕，虽然这个问题很难回答，但是这个问题本身就像解密流行歌手的歌词一样简单。我们可以将其分解，逐一进行分析探讨。

首先，让我们讨论量子力学。这是一个很好的起点，因为它的研究对象是一些非常小的东西——在原子和亚原子水平物质和辐射。只有当科学家开始理解原子时，经典物理学才需要进行一点修正。因为当科学家观察原子时，它们没有像宇宙其他部分那样。例如，电子不像围绕太阳运行的行星一样绕着原子核运行——如果是这样，它们就会进入原子核。

很明显，在原子尺度上，经典物理学显得力不从心。因此，量子力学的产生是出于了解很小的现象与科学中的大事物的行为有何不同的必要。我们发现，像光子一样的东西可以充当粒子（携带质量和能量）和波（仅携带能量）。这意味着宇宙的最小部分会剧烈波动，并且无法随时知道特定位置。

相对论

因此，现在我们了解到，量子力学从本质上掀开了我们对宇宙的思考（涉及到最小的尺度）。例如，粒子可以是波，量子力学的不确定性原理告诉我们，我们无法真正判断粒子在哪里，或者它移动的速度有多快。

这让我们深感不安，因为我们无法真正判断粒子在哪里或正在做什么。但爱因斯坦没有，对于一位致力于定义宇宙工作方式的物理学家，他用广义相对论做到了这一点。

现在不必深感不安。广义相对论有两个大概念：一个关于空间和时间，另一个关于引力。正如您和我所看到的，空间和时间是统一的，它们按时间顺序存在（并且整体存在）。在广义相对论中，空间和时间是一个统一的维度（为了方便称为时空）。但这就是问题：时空可能很大且统一，并不能随便改变。广义相对论说时空会受到物质的影响，这意味着您（现有的）正在改变时空。

好吧，不完全是这样。实际上，制造时空扭曲是宇宙的大事情。例如，太阳正在扭曲时空，那意味着什么呢？意味着较小的行星会进入围绕它的轨道。

这给我们带来了引力。事实上，爱因斯坦广义相对论不仅仅只是拓展了牛顿万有引力理论。相反，爱因斯坦给了我们一个引力的理由——时空曲率使引力存在，并使宇宙按照它的方式起作用。

有什么问题吗？爱因斯坦向我们展示了宇宙工作的方式，量子力学向我们展示了原子和亚原子级粒子工作的迷人方式。不幸的是，相对论和量子力学不能彼此解释。这意味着必须有一些涵盖其中的更大理论……还是没有？

我们有一个弦世界吗？

如果不先了解量子力学和相对论的一般理论，我们就无法理解它们如何才能调和。

爱因斯坦说，时空是一个平稳的常数，只有大的东西才能扭曲它。量子力学说，宇宙中最小尺度是不断的变化和急剧波动的。

如果量子力学是正确的并且一切都处于模糊运动中，那么引力将不会像爱因斯坦所预测的那样起作用。时空还必须与周围的一切始终处于矛盾之中，并据此采取相应的行动。此外，量子力学说，你不能设定固有顺序，相反，你必须满足于预测概率。

另一方面，如果广义相对论是正确的，那么物质就不能波动得如此剧烈。在某个时候，你将能够知道某物质在哪里，以及它到底要去哪里。这同样与量子力学相悖。

但是请放心，科学家、物理学家和专家都在拼命地试图找到调和两者的方法。一个领先的理论是弦理论，它说，不是粒子充当点，而是弦。这意味着它将能够波动、移动和循环，并且通常可以完成点无法做到的各种工作。它还可以在量子水平上传递引力。当然，这使量子理论与广义相对论一致。但是请记住，弦理论从未在任何实验中得到证实——能否完全证明这一点还有很多争议。

这样一个意义深远的实验，只能在粒子加速器上测试完成。这是我们可能找到超伴子的地方。超伴子是弦理论的一部分，该理论说每个粒子都有一个不稳定且旋转不同的超对称伴粒子（例如，电子和超电子或引力和引力子）。对我们来说很幸运，在2010年，当碰撞粒子在大型强子对撞时，我们发现了第一个希格斯玻色子的证据，因此我们可能正在尝试通过实验证明弦论。

自旋还可以帮助我们尝试量子纠缠，其中电子被彼此的自旋所俘获。在狭小的空间中很容易看到它，但是科学家们正在努力将光子送入太空并返回，以测量光子如何在长距离下工作。

不过，我们也可能寻找黑洞来推测出一个大统一理论。在黑洞中有一个非常重的物体（一颗恒星，广义相对论适用于它）和一个非常小的物体（被挤压成的微小点，量子力学解释了这一点）。当大物体被挤压成微小点时，如果我们能确定会发生什么——或者发生了什么变化——我们也许可以调和量子力学和广义相对论。