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公元2018年很可能是量子力学又一个新纪元的起点。 这一年的夏天，一篇关于时空维度的“平平无奇”的论文悄然登载上了科学期刊《自然》。

在巨大椭圆星系M87核心的超大质量黑洞质量大约是太阳的70亿倍（©维基/公版）

这篇论文题为《由GW170817所知时空维度的限制》，由直接探测到引力波的美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和意大利的Virgo（处女座）引力波探测器共同完成。Virgo负责测算GW170817双中子星与地球间的距离，LIGO负责检测GW170817双中子星合并产生的引力波抵达地球时的衰减速率。探测结果表明，引力波的衰减速率完全符合牛顿的引力方程式 F = GMm / R 2 ，即引力大小与距离的平方成反比，意味着我们的宇宙空间只有三维，没有额外的高维空间或多余的宇宙。这个结果还真是平平无奇，牛顿引力方程式、三维空间，是今天连小学生都知道的物理常识。

这篇论文也颇有些“生不逢时”。公元2017年，LIGO探测到来自编号GW170817的双中子星合并的引力波，这是人类第一次直接探测到引力波。公元2019年，经过遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜组成的事件视界望远镜（EHT）持续两年的不间断观测，人类史上第一张黑洞照片得以问世。前有引力波，后有黑洞照片，让这篇本就“平平无奇”的论文更加乏人问津。

但这份平静的背后却是“黑云压城，暗流涌动”，将来人们在回顾这段历史时，一定会后知后觉地感叹“一场足以碾碎整个物理学界的风暴已在酝酿之中”。

广义相对论和量子力学是当代理论物理的两大基石。广义相对论在宏观大尺度上探索宇宙时空的奥秘，量子理论则致力于在亚原子尺度上解开构成宇宙万物的基本粒子的神秘面纱。广义相对论和量子力学在各自领域独领风骚，但两个理论放在一起却是一场灾难，所有试图将两个理论的方程式融合的尝试都归于失败，而这个“罪魁”就是引力。

将广义相对论和量子力学融合的关键是要将四个基本力（电磁力、弱力、强力和引力）统一到一个基本力的框架下。通俗地说，就是将四个基本力的场方程统统塞进一个更基础的场方程式里。实际上，今天的理论物理学家们几乎做到了，量子色动力学已经将电磁力、弱力和强力基本统一起来，唯独一直对引力束手无策。毕竟电磁力、弱力和强力的场方程都“师出”量子力学，而描述引力的场方程则源于广义相对论。但真正的困难还不在于此，而是引力的强度太弱了，弱得有些“不像话”。强力强度是电磁力的100倍，电磁力强度又是弱力的1000倍，而引力强度仅为强力的1/10 37 ，电磁力的1/10 35 ，弱力的约1/10 32 ，较之其他三个基本力几乎可以忽略不计。换句话说，量子色动力学根本不用考虑引力的存在。

但追寻宇宙的起源又不能忽略引力。今天主流的宇宙起源理论、宇宙暴涨模型认为，我们生活的宇宙诞生自一个极度高温高压的奇点，时空、物质、能量和四个基本力都是在奇点暴涨爆炸后才出现的。换句话说，宇宙暴涨模型认为四个基本力在宇宙起源阶段就是统一的。而一旦在量子色动力学场方程中强行塞入描述引力的广义相对论方程式，结果就是冒出一堆无限大，方程根本无法展开运算求解。

公元20世纪最后三十年，一个独立于量子色动力学的全新的量子力学理论崛起，这就是认为基本粒子是一维能量弦的弦论。弦论研究者发现引入适当数目的额外维度，引力强度太过弱小的矛盾就能“合理”化解。

牛顿的引力方程式以三维的空间为基石，三维空间内引力大小与距离的平方成反比。假设空间维度有第四维，引力大小则与距离的三次方成反比；假设空间维度有第五维，引力大小则与距离的四次方成反比；依此类推，额外维度越多，引力变小得越快，即引力波衰减速率越快。引力的强度被更高维的空间或平行宇宙给“稀释”了，以至在我们的宇宙中强度如此弱小。

于是，弦论的改进版本超弦和M理论成为统一四个基本力的最后希望。理论物理学家寄希望于超弦和M理论能帮忙消除引力在量子色动力学场方程中引起的无限大。超弦和M理论甚至一度被视为解开宇宙全部奥秘的钥匙，甚至是万有理论的候选。

结果《由GW170817所知时空维度的限制》一文直接否定了高维空间的存在，KO 了超弦和M理论，但支持多出的维度蜷缩在三维空间内的经典弦论一息尚存。这就迫使今天的物理学界不得不考虑接受一个可能让很多理论物理学家难以接受的事实，就是现代物理学对基本力的认知很可能一开始就存在重大缺陷，现有的宇宙起源理论需要推倒重来！量子力学假设的所谓统一的基本力根本不存在！引力的强度就是这么的弱小！引力和其他三个基本力（电磁力、弱力、强力）有着本质的不同！

引力强度本来就很弱小这一可能性，给今天物理学界带来的冲击不亚于一百多年前光速不变带给彼时物理学界的冲击。弦论则沦为当年的“以太”。 最终光速不变带来了相对论，使得以牛顿力学为基石的经典理论大厦轰然倒塌，废墟之上全新的物理学大厦挟狭义相对论和广义相对论之威拔地而起。今天强度弱小的引力又会给量子力学带来什么新的理论，又会将物理学的未来引向何处？要厘清这个问题，需要先回归原点，重温人类追寻宇宙起源的历程，审视现代物理学的初衷 ^{（注释0）} 。