互联网以其迷宫般的结构，象征着科学走向并行、远离周期性和线性的趋势。 互联网的基本思想是，没有任何东西注定要沿着圆形、直线或曲线轨迹移动。 相反，自然状态是系统的组件以各种可能的方式进行交互，并有多种选择。
这些相互作用的唯一限制是守恒定律和其他物理定律，例如电荷守恒定律。 有时实验证据会引导我们修改这些定律并重新思考如何设定新的限制。
最终，引导忒修斯走出迷宫的阿里阿德涅之线出现了：一条组织原则。 这种选择机制揭示了穿越充满可能性的世界的最佳路径。 有时，就像在经典物理学中一样，最佳路径是物体确定的路径，而在量子物理学中，最佳路径决定了可能性概率分布的峰值。
理查德·费曼很早就意识到这一切的原型是光学。 简单地说，我们想象光沿直线传播，遇到镜子时被反射，通过透镜时被弯曲，因为它总是被紧紧地集中成一束细光束。 但除非它是极窄的激光束，否则光不会按照我们想象的方式移动。 费马的最小时间原理使费曼认识到，一般来说，光的这种行为仅构成了我们看不到的大量波的干涉图样的波峰。 作为一种组织原则，最短时间原则使空间中光波的大杂烩变得有序，从而产生了光。
在基本粒子领域，费曼也出色地应用了这个概念：从相互作用的迷宫中提取秩序，遵守守恒定律和组织原则。 他在伊莎伦学院的一次演讲中描述了他的总体方法论：“我玩的游戏非常有趣。这是一种穿着紧身衣的想象，这意味着它必须符合已知的物理定律。”
约翰·惠勒惊叹于费曼总结历史的方法如何能够如此完美地从所有量子可能性中提取出明确的结果，以前所未有的方式将量子物理学与经典物理学联系起来。 虽然粒子和场以物理学允许的所有方式相互作用，但对它们进行加权会产生我们实际观察到的现象。 惠勒对这种方法的倡导启发了布莱斯·德威特和查尔斯·米斯纳等伟大的物理学家用它来探索量子引力的可能模型。 惠勒关于量子测量的问题也促使休·埃弗里特提出多世界解释，即当观察者观察到的系统开始时，他们就会分裂并进入不同的世界。
费曼图描述了历史求和方法所考虑的各种可能性，已成为当代理论物理学家不可或缺的工具。 除了描述电磁相互作用外，它还扩展到弱相互作用和强相互作用领域。 事实证明，费曼图在粒子物理标准模型的发展中发挥了重要作用。 标准模型全面描述了除重力之外的所有力以及自然界已知的物质成分，它是迄今为止对物理学最成功的解释之一。
惠勒一生的愿望是了解宇宙最基本的组成部分。 在他的职业生涯中，他多次改变了对这个问题的看法：首先转向粒子，然后转向场和几何结构，最后转向信息。 他还想了解组织原则如何使这些基本组件形成可识别的模式。 将基于最小作用原理的历史求和方法应用于量子物理学是他的想法之一，但他也会考虑其他想法。 最终，惠勒确信答案与“自激回路”有关，这是有意识的观察者与被观察者（宇宙的过去）之间的共生关系。 通过回到过去，我们以某种方式从量子泡沫的多种可能性中组装了我们的宇宙。 因此，在惠勒的心中，存在着“为什么存在？”两个问题。 和“为什么会有量子？” 有着千丝万缕的联系。
今天，我们在赞扬标准模型的同时，也认识到它的局限性并希望超越它。 标准模型最明显的缺陷是它不包括暗物质和暗能量。 暗物质和暗能量是宇宙中不可见的组成部分，在惠勒生命的最后几十年中被识别出来，但尚未被发现。 暗物质是保持星系完整并聚集在一起的隐藏“粘合剂”。 20世纪60年代和1970年代，维拉·鲁宾（Vera Rubin）和肯特·福特（Kent Ford）在华盛顿卡内基研究所进行了星系旋转的研究，证明了这种缺失材料对于星系的必要性。 进一步的天文观测也证实了暗物质存在于整个宇宙中，但我们仍然不知道它的“真面目”。
暗能量是另一个巨大的科学谜团，是加速宇宙膨胀的未知推进剂。 20 世纪 90 年代末，两个研究小组都发现宇宙不仅自大爆炸以来一直在膨胀，而且还在加速膨胀。 没有人知道是什么导致宇宙膨胀得越来越快，科学家也不确定膨胀是否会加速、减慢或保持稳定。
对暗物质和暗能量的可能成分的搜索正在进行中，如果研究人员识别出这些成分，他们可能需要修改标准模型以包含这些新成分。 物理学家 Frank 提出暗物质可能包含“轴子”，这是一种假设粒子，可以解释为什么强相互作用是 CP 不变的（而弱相互作用则不是）。 暗物质也可能包含普通粒子的超对称伙伴。 超弦理论将导出低能量极限下标准模型的修正理论，预测普通粒子超对称伙伴的存在。 物理学家对于暗能量的本质更加困惑，目前几乎没有可靠的线索。
当代物理学的另一个谜团是为什么引力与其他三种自然力如此不同。 自费曼、惠勒和德威特时代以来，这个问题一直困扰着许多物理学家。 为什么它比其他相互作用弱得多？ 如何使用量子场论的方法以数学上一致的方式描述它？
如今，在统一包括重力在内的所有自然力的理论中，最流行的是M理论，它是超弦理论的广义版本，包括振动能量膜和各种弦结构（超对称和非超对称）。 对称）。 M理论的基本组成部分不是点粒子，而是普朗克长度尺寸的弦和膜，以多种模式相互作用。 它们仅在 10 维或 11 维空间中在数学上是一致的，其中至少有 6 个维卷曲成卷饼状，称为卡拉比-丘流形。 理论物理学家修改费曼图以包含如此高维空间中的物体及其可能的相互作用。
M 理论的最大问题是，它提供了关于其不同组件的属性以及卡拉比-丘流形的空间配置方式的一系列惊人的可能性。 -Yau 流形估计有 10,500 种可能性：一个复杂得令人发狂的迷宫。 将M理论的“景观”缩小到只包含现实无疑是一个艰巨的过程，需要极其强大的过滤规则。 斯坦福大学的物理学家 提出可以利用人择原理来实现这一目标，但其他人怀疑人择原理是否足以排除如此大量的可能性。
一个相关的推测概念是“多元宇宙”，即多个宇宙的集合。 多元宇宙存在于物理空间中，尽管是在我们无法触及的区域。 多元宇宙的概念出现在20世纪80年代，当时物理学家安德烈·林德提出了“混沌膨胀”的概念。 混沌膨胀理论认为，宇宙最初是“标量场”中随机量子涨落的“温床”。 特别有利的波动产生了“泡沫宇宙”的种子，它经历了一段短暂的超高速膨胀时期，称为通货膨胀。 空间正在极其迅速地拉伸，有助于消除温差，这与宇宙微波背景辐射的大范围均匀性一致。
多元宇宙的想法开启了许多奇异的可能性。 另一个泡沫宇宙可能会随机产生一颗与地球几乎相同的行星，除了一些细微的差别。 请注意，不仅在多气泡宇宙的图中才能产生与地球相同或相似的行星。 无限的单一宇宙也可以做同样的事情。 宇宙中的行星越多，地球的发展发生在其他地方的可能性就越大。
现在，我们蜿蜒的时空之旅即将结束。 在整个旅程中，我们遇到了比我们想象的更多的“疯狂想法”，同时我们始终以一个令人放心的指导原则保持头脑清醒：正如历史的总和告诉我们的那样，无论我们经历的道路多么奇怪空间和时间，总是有许多其他的，甚至更陌生的路径。
图片设计：悦悦
素材来源：//《量子迷宫》
封面图文摘自《量子迷宫》（Paul 着，齐世邦译，中信出版社·鹦鹉螺，2020年5月），经出版社许可使用。
关于作者：
保罗·哈尔彭
他是费城科学大学的物理学教授，也是许多科普书籍的作者。 他曾获得古根海姆奖学金、富布赖特科学奖学金计划和雅典娜文学奖。 参加过许多广播和电视节目，并为多家媒体做出过贡献。
简单的介绍：
本书讲述了两位杰出物理学家费曼和惠勒从相识到取得重大科学突破，并最终成为终生好友的故事。 经过师徒二人的共同努力，人们对时间和现实的认知被彻底改变。
1939年，理查德·费曼作为麻省理工学院的一名优秀研究生，来到普林斯顿大学约翰·惠勒的办公室，成为惠勒的助教。 两人结下了终生的友谊，合作卓有成效，但性格却截然不同。 惠勒说话轻声细语，看似保守量子物理学史话量子物理学史话，但他的宇宙观却一点也不保守，脑子里充满了大胆的想法。 活泼的费曼对学术非常谨慎。 他只相信经过验证的理论。 但他们的想法是互补的。 他们的合作使人们对时间和现实的本质有了新的理解。 费曼提出，量子现实实际上是由一系列变化且矛盾的可能性组成的。 这启发惠勒发展了虫洞理论，打开了连接未来和过去的通道。 这一理论也成为他最重要的发现。 两个人彻底改变了人们对量子物理学的理解。
两个人的关系并不像传统的师生关系。 他们在这段关系中处于一个相对平衡的位置。 正是由于这种合作关系，他们在量子物理领域取得了重大进展。 费曼提出并以惠勒命名的“历史和”概念解释了量子物理学的基本问题。 费曼和惠勒认为，要准确回答一个量子问题，必须考虑各个方面，而现实是各个方面的综合。
这两位物理学家组成了完美的团队。 费曼拥有出色的计算能力，并且一丝不苟、谨慎小心。 惠勒的想法大胆而富有想象力。 两人合作将奇怪的假设发展成实际的解决方案。 在普林斯顿惠勒的办公室里，两人开始了终生、无所畏惧的探索。
