在物理學中，我們通過猜測發現新的定律，然後將猜測的結果與實驗結果進行比較。正如著名物理學家理查德·費曼經常被引用的那句話：“你的猜測有多麼優美並不重要，你就算再聰明也沒有關係……如果它和實驗不一致的話，那就是錯誤的。”

我們能驗證量子物理如何影響黑洞和大爆炸的猜想嗎？

這就是物理與數學的本質區別。數學家也會猜測，而他們對真相的最終裁決是嚴格的證明。物理學家可能會使用甚至發明復雜的數學工具，但他們卻有著不一樣的終極目標：解釋宇宙的本來面目。因此，實驗在物理學中是必不可少的。

當然，實驗驗證可能遠遠落後於我們的理論推測。科學家花了100年時間，才在地球上探測到來自宇宙深處的引力波；希格斯玻色子的發現則花了50年。二者都需要大量的獨創思維、技術發展和貨幣投資。這些實驗觀察不僅證實了理論預測，還帶來了一些新的知識，為進一步的研究提供了線索，比如我們預計天體物理源能夠產生可探測的引力波，但並不知道這些源在宇宙中有多普遍；我們有理由相信希格斯玻色子的存在，但仍然不能確定它的質量。

量子引力的研究是理論先於實驗的極端例子。科學家對原子和亞核粒子尺度的量子物理已經有相當令人滿意的理解，但對於非常強的引力，目前還沒有得到實驗驗證的量子理論。如果沒有這樣的理論，我們就無法了解大爆炸後的早期宇宙發生了什麼，也無法預測宇航員在難以想像的高密度黑洞中會有怎樣的命運。我們需要實驗來指導方向，但實際情況卻令人沮喪，難以捉摸。

粒子物理學的歷史提供了有益的類比。到了20世紀50年代，科學家有了一個與實驗相符的弱核力理論。但由於純粹的理論原因，我們知道該理論存在缺陷，而且並不完整；我們甚至可以估計，該理論的預測在10^-18米或更短的距離尺度上將會失效。最終，強大的粒子加速器終於使科學家能夠在如此小的尺度上探索物質，也由此發現了新的現象，如W玻色子、Z玻色子和希格斯粒子，指向了一個更完整的理論。

至於萬有引力，我們有充分的理由相信目前的理論是不完整的。在這裡，我們也可以估計新現象必然出現時的距離尺度：大約10^-35米。不幸的是，利用現有技術建造一個能夠探測到這種尺度的粒子加速器，其規模將和整個銀河系差不多大。很顯然，即使在遙遠的將來，這也是遙不可及的。

既然用“蠻力”來研究量子引力行不通，我們就必須找到一種更巧妙、更間接的方法來取得進展。事實上，科學家確實提出了各種在實驗室中探測量子引力的建議，所有這些建議並不一定是徒勞的，只是都需要實驗人員的“英勇”努力。這裡就讓我們來討論一種令人興奮的特殊方法。

為了理解這種方法，讓我們先把目光投向量子效應下黑洞的形成及其最終蒸發，這是量子引力研究的典型現象。一開始，在實驗室裡做相關的實驗似乎是不可能的，更不用說充滿了危險。但是，也許還有另一種辦法。

量子引力的理論研究已經在同一物理現象的兩組不同公式之間建立了驚人的等價性。由於這種等價性，黑洞的生命週期可以用完全不同的語言來描述，完全不涉及引力。相反，“雙”量子系統由許多強相互作用的粒子組成。當前研究的目標之一，就是充實能夠翻譯這兩種語言的詞典，並使之具體化。

對同一基本物理現象的兩種不同描述的等價性，似乎“僅僅”是一種數學觀察，但它對實驗的影響是深遠的。事實證明，研究黑洞的非引力描述所需要的實驗工具，正是物理學家已經開發出來的工具，儘管出於完全不同的原因——用來操作量子設備並解決非常困難的計算問題。之所以如此，是因為在量子重力模擬和量子計算中，我們需要存儲一個由許多粒子組成的複雜系統，並精確控制它們之間的相互作用。

科學家一直對量子計算和黑洞非常感興趣，二者之間的聯繫令人著迷。可以肯定的是，量子計算技術還不成熟，所以我們短期內無法在實驗室裡模擬出一個真實的黑洞。但這沒關係，我們可以將就著研究一些能捕捉到量子引力有趣特徵的簡化模型。這些模型都有著一定的指導意義，而且隨著量子技術的進步，科學家未來將能夠進行越來越複雜的實驗。

此外，二元性是雙向的。量子計算機不僅能幫助我們理解量子引力；通過將許多強相互作用粒子的行為與引力現象聯繫起來，我們也能更好地理解這種行為。通常情況下，如果我們將一些信息印在一個強相互作用系統的特定位置，這些信息會迅速傳播，很快就變得非常難以閱讀。但是在某些情況下，由於某些尚不明確的原因，信息最終會重新聚焦，並在距離很遠的地方變得容易閱讀。

如果翻譯成“雙引力”的語言，這一神秘的過程就更容易理解。在這個框架中，蟲洞連接著空間中兩個遙遠的點。印跡信息在進入蟲洞的一端時消失，然後在另一端重新出現。物理學家希望能對複雜現像做出如此直觀的解釋，而實驗主義者和理論學者的共同努力，必將帶來同樣的深入見解。

我們有時擔心，隨著科學的發展，它會不斷分裂成越來越窄的專業，彼此之間的相互作用也越來越少。但是，目前也出現了一個相反的、更有力的趨勢：隨著知識的進步，在不同領域工作的科學家發現他們有越來越多可以相互學習的東西。高能理論物理學家的猜想所推動了在實驗室中探測量子引力的可能，但凝聚態物理學家、原子物理學家和計算機科學家也提供了必不可少的專業知識。這些不斷加深的聯繫令人興奮，也讓我們對量子物理學的未來充滿信心。（任天）