你一定聽說過,當代理論物理學的前沿就是尋找一個能描述宇宙、解釋宇宙中一切謎團的「萬物之理」。如果用物理學的語言來簡單解釋,「萬物之理」就是對時間、空間以及宇宙中所有物質和力最深入、最簡潔的數學描述。我們的宇宙就猶如一個洋蔥,而要理解宇宙、解釋宇宙中的所有謎團,就需要將這個洋蔥一層一層剝開,弄清這個洋蔥最內部的最小尺度空間、時間、物質粒子和最基本的力。
可能有的朋友要說了,假如宇宙這個「洋蔥」有無窮多層怎麼辦?也許萬物之理根本就不存在呢?這個問題其實不必討論,因為在物理學上,「無窮」是一個毫無意義的概念,任何涉及到「無窮」的理論,必定會被物理學家拋棄。比如說,廣義相對論和量子力學是當代物理學的兩大支柱,廣義相對論可以精確地描述宏觀的宇宙,量子力學可以精確地描述微觀的粒子世界,但是一旦碰上黑洞「奇點」問題和大爆炸的「奇點」問題,單獨使用理論的兩者之一都不行,而將兩者結合使用,則一定會出現「無窮大」問題,正是這一點困擾著現在的物理學家。
其實歸納起來,所謂的「萬物之理」其實就是指一種新的量子引力理論,它是將廣義相對論與量子力學融合在一起的新理論。當代最有希望成為量子引力理論的理論有兩個,一個是弦理論或M理論,另一個則是圈量子引力理論。前者起步於上世紀60年代,後者稍晚,但其實對量子引力的研究還可以追溯到更早的時候,比如,愛因斯坦生命中最後的30年就一直在尋找統一的量子引力理論。不能不提的是,凡是涉及到量子引力,就會涉及到空間的最小區域,而用以描述空間最小區域的物理單位是「普朗克長度」,而它本應該叫「布朗斯基長度」。
那麼,布朗斯基是誰呢?他的全名叫馬特維·布朗斯基,是前蘇聯的一位物理學家,和列夫·朗道是朋友。朗道可以算是蘇聯最優秀、最傑出的理論物理學家,布朗斯基比朗道年輕幾歲,但凡認識他倆的同行都會說,布朗斯基比朗道更聰明。舉例來說,在海森堡和狄拉克建立量子力學的基礎時,朗道錯誤地認為由於量子的不確定性,量子場的定義是不完善的,因為量子漲落會妨礙我們測量空間中某一點(任意小的區域)場的大小。但玻爾不認同朗道的觀點,並寫了一篇長文反駁,朗道隨後放棄了對這個問題的爭論。
但朗道的朋友布朗斯基對此很感興趣,它意識到朗道的觀點雖然不夠準確,但並不完全錯誤,直覺告訴他朗道的觀點中包含著一些很重要的東西。布朗斯基重推了玻爾的推理,並將它應用到了引力場,得出一個令人吃驚的結論:當把考慮量子效應時,在某一點的引力場的定義是不完善的。朗道是對的!而此時,愛因斯坦在幾年前才剛剛寫出了他的引力場方程。這真的很令人驚嘆,布朗斯基比狄拉克、愛因斯坦和約翰·惠勒更早地開創了對量子引力的研究。
布朗斯基隨後用數學的方法加以認證,他發現,將量子力學與廣義相對論結合在一起時,空間的分割是有極限的,在這一極限尺度下,沒有東西能夠進入,更準確地說,那裡什麼都不存在。這就是空間的最小區域,現在用「普朗克長度」(Lp)表示,而它本應該用「布朗斯基長度」表示,因為是布朗斯基最早發現了它。這個長度大約等於10^-33釐米,小到無法形容,量子引力正是在這個極其微小的尺度上猜會出現,在這個尺度上,空間和時間的特性發生了改變,成為了「量子空間」和「量子時間」。
布朗斯基沒能再為量子引力理論做更大的貢獻,因為他的英年早逝。布朗斯基和朗道都是忠實的共產主義者,也是列寧的忠實追隨者,在史達林掌權後,他們都感到茫然,進而寫了一些公開批判史達林的文章,就在布朗斯基領悟到現有時空觀念必須徹底改變的第二年,布朗斯基被逮捕並被判處死刑,而朗道最終艱難地活了下來。但布朗斯基這位量子引力先驅,於1938年2月18日被執行死刑,年僅30歲!