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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877001]
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我们受制于一个低维世界
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在日常生活中，我们通过“远”与“近”来组织事物。这一简单的事实基于真实世界的两个基本特征：空间确实存在；我们只受相邻事物的影响（即前文提到的定域性）。世上存在万千事物，有的对我们来说是威胁，有的对我们来说是机遇。可任何时间，我们似乎对大多数威胁和机遇都漠不关心。为什么会这样？因为它们离我们很远。大洋彼岸生活着的老虎可以在一分钟内把你吃个精光，但你无须担心，因为老虎不在你的身边。这便是空间赐予我们的礼物；世上的绝大多数事物都离我们很远，我们完全可以在此刻将它们忽略。
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想象一个充满了事物但没有空间结构的世界。在任何时间，任何事物都能够侵犯其他事物。在这个世界里，将事物分隔的距离并不存在。
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通过五感，我们能够敏锐地察觉接近我们的物体。但与其说这是五感的功劳，不如说是空间的特征。这一特征决定了不可能有很多物体占据紧邻你的空间。这又是因为空间的维度不高。
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想一下，有几户邻居紧挨着你家？两家，一家在房子一边，一家在房子另一边。再想一下，有几户邻居在你家四周？四家，两家紧挨着你家，一家在正门对过，一家在后门对过。如果你住的是公寓，那紧挨着你的邻居数量就增长到六家。你要算上楼下的人家，也要算上楼上那户每天凌晨三点还在看电视的大学生家。你的邻居数量随着空间维度的增加而增加——一维两家，两维四家，三维六家。这个比例关系很简单，邻居数目总是空间维度的两倍。
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如果我们生活在一个50维的空间，那么我们就会有100户邻居。现实中，我们受制于三维空间，如果我们想在一个建筑里安排100户住家，这栋公寓一定很大。100户人家中的大多数肯定都不会相邻而居。在三维空间中，我们总会有些从未谋面的邻居。
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在此我想多说一句，在规划研究所时，这是一个大问题。我们试图最大化地让研究人员偶遇，以交换不同的想法和兴趣，进而相互受益。在圆周物理研究所刚刚成立之时，我们只有7位科学家，这个问题并不明显。可现在，研究所有100多位科学家，这就成了个大问题。作为理论物理学家，我们曾考虑过在研究所规模扩大的同时让研究所建筑的维度增加。但是，我们找不到一个能实现我们想法的建筑设计师。[1]
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我们受制于一个低维世界。正是这个低维空间，使得我们免受老虎的威胁，免受晚上邻居家电视噪音的侵扰。然而，这个低维空间同时也是我们尝试增加未来机遇的过程中遭遇的主要障碍。
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现代科技出现之前，地球的二维表面使得人与人之间相对隔离。多数人在一生中只能见到几百个人，且大多数都住在步行距离以内。古人竭尽所能来增加临近村子间的互动（就像科学家一样），比如举办酒宴和庆典。一些勇敢的商人会出国冒险。然而，空间还是使得我们中的大多数人彼此陌生。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877002]
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25亿维，科技溶解下的空间
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在我们生活的今日世界，技术突破了低维空间生活的固有限制。拿手机来说，我能拿起手机，马上同别人交谈。这是因为70亿世界人口中的50亿人拥有手机。科技已经有效地溶解了空间。站在手机的观点上看，我们生活在一个25亿维的空间，我们的邻居几乎包括了全部人类。
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当然，互联网也起了同样的作用。分隔人类的空间被互联的网络溶解。本质上看，每个人都在相互靠近。实际上，我们共同生活在一个高维空间中。越来越多的人几乎整天就生活在这个高维世界。要完全实现这一点，我们只需再加些虚拟现实技术——比如，打手机时，呼叫人的全息影像就会马上出现。不论呼叫人身处何处，你的全息影像也会出现在他们眼前。
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在一个充满无穷可能连接的高维世界，你将要面对比三维真实世界多得多的选择。我们面临的很多网络世界挑战，正是源于这片急速扩张的可能性之海。许多流行的社交工具，正是为了探索并管理这些可能性。
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想象一个在高维世界中长大的孩子，这个世界中没有日常的空间。他会认为自己的世界是个巨型网络。网络连接处的流体系统或动力系统，使得人与人之间只有一步之遥。现在，假设有人拉了系统的电闸。因为供电不足，网络中的居民们从高维世界跌入了电力要求不高的低维世界。他们发现，自己实际生活于一个三维空间，大部分人被空间隔开。一个人周遭邻居的数目从50亿降到了区区几个。人与人之间的距离几乎都瞬间变得很远。
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以上假想其实是个隐喻，代表了一些物理学家当下的空间观。我们（对，我也是其中一员）相信空间是一种假象。类似手机网络或互联网的动态网络，才是构成世界的真正相互关系。我们之所以会感知空间这个假象，是因为网络中的大部分连接被关闭了，事物间的距离也随即变得很远。
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以上图景由一类量子引力理论产生。在这类理论中，时间是基本的，但空间不是。这些理论假定存在一种基本的量子结构——它的定义独立于空间。这类理论的题中之义在于空间是演生的，如同热力学演生于原子物理之中。这类理论是背景独立的，它们不需要假设固定背景几何的存在。相反，理论中的第一性概念是图或者网络，这些概念的定义不需要用到空间。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877003]
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矩阵模型，当理论独立于空间
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第一个得到发展的此类理论名为“因果动态三角刨分”（causal dynamical triangulations），它由杨·安别恩（Jan Ambjørn）和蕾娜特·罗尔（Renate Loll）创立，并由他们的合作者优化。[2]紧接着这一理论的是“量子关系图”（quantum graphity），之所以这么叫是因为这个理论认为自然的基础是关系图。它由芙蒂尼·马可波罗（Fotini Markopoulou）[3]创立，并被她的合作者们进一步探索。[4]这个理论与我前面给的简单图像——空间由关掉连接的网络演生而来，极为贴合。第三个理论由切赫·霍拉瓦（Petr Horava）引入。[5]霍拉瓦理论中存在一个基本的全局时间，但其中的空间不是演生的，这一理论可以用来描述一类名为“矩阵模型”的弦理论。[6]
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旧的背景独立理论假设时空作为整体——就像块状宇宙图景中那样，必须从更加基本的自然描述中演生出来，时间和空间在理论中都不是第一性的。这类理论包括圈量子引力论、因果集合以及某些弦论。但上述几种新方法都认为时间是最基本的。因而，这类方法与旧有的背景独立理论并不相同。
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新方法和旧方法各有成败，值得我们从中吸取教训，这些教训组成了本章的内容。
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许多量子引力理论中都有一个有用的隐喻。它们假设空间不是连续的，而是一个由离散点组成的格点（见图15-1）。粒子处于格点的节点上，它们的运动就是在相邻节点间反复跳跃。仅当两个粒子相邻时，它们之间才能发生相互作用。如果格点的维度较低，发生作用的粒子数就会很少。当格点的维度增高时，相互作用粒子数也会增加，这和前文的邻居例子一样。我们可以把光想象为一个格点粒子，它沿着格点跳跃，不断从一个节点移到邻近的另一个节点。这样一来，远距离的光传输一定会包含许多次跳跃，因而会花很长时间。
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