EPR论战的喧嚣与“ER=EPR”猜想的惊人萌芽,如同投入平静湖面的巨石,激起的涟漪迅速扩散,但很快又在外界看来归于沉寂。然而,在剑桥沃克家那间被书籍和手稿淹没的书房里,一场持续了整整三年、极其艰苦而专注的智力远征,才刚刚拉开序幕。从1936年到1939年,哈尔森·沃克与艾琳·诺莎几乎进入了与世隔绝的研究状态,他们的目标无比明确,也无比艰巨:为他们那个石破天惊的猜想——量子纠缠与时空虫洞在本质上的等价性(ER = EPR)——寻找一个坚实的、数学上严格的证明。
这三年,是欧洲乃至世界局势急转首下、滑向战争深渊的三年。纳粹的阴影笼罩大陆,战争的叫嚣日益刺耳。但在哈尔森和艾琳的学术世界里,这些外部世界的动荡被压缩成了报纸上令人忧心的标题和偶尔打断研究的坏消息,却未能动摇他们探索宇宙最深奥秘的决心。他们深知,手中正在锻造的,可能是人类理解时空本质的钥匙,其意义或许远比一场战争更为深远。
研究工作从一开始就充满了难以想象的挑战。他们的猜想触及了理论物理学的两个最深邃、也最难以调和的理论——量子力学和广义相对论——的核心交界处。没有任何现成的数学工具可以首接套用,他们必须自己开辟道路。
艾琳·诺莎的任务是其中最基础、也最需要创造力的部分:构建一套能够描述“微观虫洞”或“时空泡沫”的拓扑和几何工具。传统的广义相对论处理的是光滑、连续的宏观时空,而他们猜想中的连接纠缠粒子的“桥”,被认为是普朗克尺度下的、瞬息万变的、量子涨落般的结构。
艾琳几乎将自己完全沉浸在了最前沿的拓扑学和微分几何中。她需要描述那些拓扑结构非平凡的、可能具有复杂边界和奇点的微小时空区域。她研究了共形几何、流形的分解与缝合理论,甚至开始触及一些尚在萌芽状态的代数拓扑方法,试图为这些“微观虫洞”建立一个严格的数学模型。她定义了描述虫洞“喉部”大小、稳定性和连通性的不变量,并尝试将爱因斯坦场方程在这种极端条件下进行推广或重新诠释,以描述其量子行为。这项工作极其抽象,常常连续数周都看不到明显进展,只有无尽的定义、定理和推演。艾琳以其数学家特有的耐心和坚韧,如同一位孤独的探险家,在未知的数学地貌上艰难地绘制着地图。
哈尔森·沃克的任务则是在艾琳构建的几何框架与量子世界之间架设桥梁。他的核心是将量子纠缠的度量与微观虫洞的几何属性联系起来。当时,对量子纠缠的数学描述还非常初步,远未形成后来成熟的纠缠熵、纠缠谱等概念。
哈尔森从冯·诺依曼的量子统计力学和狄拉克的变换理论中汲取灵感。他尝试定义描述两个系统之间关联强度的量。他敏锐地意识到,纠缠的“强度”或许对应于虫洞的某种“通量”或“稳定性”。他需要将量子态的希尔伯特空间分解与时空的拓扑分解联系起来,这是一个前所未有的尝试。他常常面对这样的情况:艾琳提供了一个优美的几何构造,他却找不到合适的量子对应物;或者他根据量子力学的要求提出一个关系式,艾琳却无法在几何上实现。无数个日夜,他们在书房里激烈讨论,黑板上写满了又擦去,草稿纸堆积如山,时常因为一个符号的定义或一个极限过程的处理而争论不休。
这三年,是他们学术生涯中最艰辛的岁月。研究的困难、外部世界的压力、以及对自身智力极限的挑战,都如同沉重的枷锁。他们几乎没有休假,社交活动降至最低,连陪伴哈里斯和伊莉莎的时间也常常被深夜的讨论所挤压。艾琳美丽的容颜偶尔会闪过一丝疲惫,哈尔森的金发中也悄然添了几缕更为显眼的银丝。书房的灯光,几乎成了剑桥夜空下一颗永不熄灭的星辰,见证着这对夫妇为了一项看似遥不可及的目标所付出的巨大心血。
然而,在无尽的挫折中,突破的曙光也偶尔闪现。有一次,艾琳通过引入一种复流形的结构来描述微观虫洞的量子振荡,意外地发现某种全纯不变量可能与纠缠的纯度有关。另一次,哈尔森在尝试计算一个简化模型中的关联函数时,发现其结果竟然与虫洞“喉部”的面积项有着惊人的相似性,这让他激动得一夜未眠。这些零星的闪光,如同黑暗中的灯塔,指引着他们前进的方向,支撑着他们度过一个又一个看似无望的困境。
随着时间的推移,零散的碎片开始逐渐拼接。艾琳的几何语言越来越丰富,能够描述更复杂的拓扑结构及其演化。哈尔森对纠缠的度量也越来越精准,开始触及到后来被称为“纠缠熵”的核心思想。他们之间默契的配合达到了巅峰,往往只需要一个眼神,就能理解对方在数学或物理上的意图。
终于,在1939年的一个秋夜,当欧洲大陆己经战云密布,战争的脚步日益临近时,在剑桥的书房里,最后一块关键的拼图被放下了。
经过连续七十二小时不眠不休的最后冲刺,哈尔森完成了对一组特定纠缠态(类似于贝尔基态)的纠缠度量计算,而艾琳则同步完成了对应时空构型的几何不变量计算。当他们将最终结果并排放在一起时,书房里陷入了死一般的寂静。
两个来自完全不同领域——一个源于量子概率的希尔伯特空间,一个源于黎曼几何的弯曲时空——的复杂数学表达式,在经过了极其复杂的推导和某种“字典”翻译后,显示出了完全相同的函数形式。
对于他们研究的特定纠缠态,其纠缠度量的值,严格等于对应微观虫洞的某个关键几何不变量(后来可被理解为虫洞喉部最小截面积的一种推广)。
成功了。
他们真的在数学上证明了,对于这一类纠缠态,其非定域的量子关联,必然对应着一个非平凡的微观时空几何连接(虫洞)。反之,存在这样的微观几何连接,也必然会导致系统处于特定的纠缠态之中。
ER = EPR。
量子纠缠 ≈ 时空虫洞。
这不是一个比喻,也不是一个哲学猜想,而是一个建立在严密数学推导之上的定理。
哈尔森和艾琳相视无言,眼中充满了血丝,却闪烁着一种耗尽所有心力后终于抵达彼岸的、近乎虚脱的平静与巨大的欣慰。没有欢呼,没有庆祝,只有一种深沉的、触及了宇宙某种核心奥秘的震撼。
他们知道,这篇凝聚了三年心血的、极其复杂艰深的论文,其内容远远超出了这个时代的理解能力。它涉及的超前概念太多——量子纠缠的度量、普朗克尺度的时空拓扑、广义相对论与量子理论的结合……这些在1939年,对绝大多数物理学家来说,都如同天书。
“这篇手稿,”哈尔森看着那叠厚达数百页、写满了世间最抽象符号的论文,轻声对艾琳说,“现在发表,只会被束之高阁,甚至被当成痴人说梦。它需要等待……等待量子信息理论的发展,等待量子引力的探索进入深水区,等待后来的智者能够读懂它的语言。”
艾琳点点头,小心地将手稿整理好,放入一个特制的防火防潮的金属箱中。“它是一把钥匙,”她平静地说,“一把可能在未来某个时刻,为人类打开时空本质大门的钥匙。现在,让它沉睡吧。”
于是,这篇名为《论量子关联与时空拓扑的等价性》的划时代论文,没有被送往任何期刊,而是被哈尔森和艾琳秘密封存了起来。它成为了一个时代的秘密,一个只有他们二人知晓的、指向遥远未来的路标。
完成这项伟业后,巨大的疲惫感席卷而来,但随之而来的也是一种无比的轻松与释然。他们做到了。在世界大战的阴影下,他们完成了一项或许能改变未来科学进程的、静悄悄的革命。哈尔森(徐川)这位先知,不仅预见了“ER=EPR”的猜想,更与他的女王一起,亲手为这个猜想打下了第一块坚实的数学基石。
窗外,1939年的秋风己带着凛冽的寒意,战争的脚步己清晰可闻。但在这间书房里,一个关于时空与量子最深刻关联的秘密,己被悄然封存,静待着被未来唤醒的那一天。莫比乌斯之环,在数学的严格性中,完成了它最神奇的一次连接。
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