量子力学是描写微观世界的物理理论，它同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别，在经典物理学中，根据能量均分定理，能量连续变化，我们可以取任意值。19世纪后期，科学家发现很多物理现象无法用经典理论解释，当时的物理学界聚焦在黑体辐射研究，德国物理学家普朗克试图解决黑体辐射问题，他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，在量子假设的基础上提出了普朗克辐射定律。普朗克认为就像原子是一切物质的构成单位一样，“能量子”、或量子是能量的最小单位，原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。1900年，普朗克为解散热辐射理论出现的“乌云”，建立了量子理论，量子物理是研究量子化的物理分支。

普朗克为揭示黑体辐射规律假设了能量子概念，但是，他的内心却无法容忍这种近乎荒谬的假设，在能量量子化的假设提出后的十多年，普朗克一直试图用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性，但都不成立。他在1900年研究黑体辐射时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算结果才能和试验结果相符，这样的一份能量称为能量子，每一份能量子等于hv，其中的v为电磁波辐射的频率，h为一个常量，称为普朗克常数。后来的物理研究表明，不但能量表现出不连续的分离化性质，其它物理量——诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出不连续的量子化特征。

经典物理学在19世纪末达到了高峰，一些物理学家甚至认为物理学大厦已经建成，今后的物理学家只需当大厦的“守门人”即可，或者对大厦做些修修补补的工作，然而，在20世纪来临之际，普朗克奠基的量子物理彻底改变了物理学面貌，相当于在经典物理大厦的旁边盖起了另外一座近代物理的大厦，两座物理大厦有连接的通道，但是，近代物理大厦更为精致宏伟，可以将经典物理大厦“移进”量子物理的“大堂”，成为近代物理大厦的一部分，却不能做得相反。从近代物理学的逻辑中可以推导出经典物理学的结论，因此，量子物理学更为深刻地揭示了微观和宏观世界的本质。量子化的物理思想取得了一个又一个的成功，它还有给我们带来怎样的成果昵？在了今年7月份在加拿大安大略召开的主题为“它来自量子比特”物理大会的材料后，本作者想到了一个新的表达术语：时空量子化、或量子时空。加拿大理论物理圆周研究所举办的专题大会取得了怎样的共识？前沿领域的量子物理研究与时空量子化存在怎样的关联，这是我们关心的问题。

数百位科学家自发地参加了一个国际合作项目——“它来自量子比特”，可以将量子比特理解为量子计算机中的最小信息单位，他们有一个共同的科学认识：最小的信息单位、或最小的信息块之间能够产生量子缠绕，物理时空刚好从缠绕的最小信息块中产生。时空为所有力和场的行为提供一个舞台，物质和能量是力和场形成的基础，我们容易理解物质和能量是由微小的单位构成，比如：原子和夸克，普朗克定义的能量子，爱因斯坦定义的光量子。过去，我们一度认为时空是一个纯粹虚无的“空盒子”，里面什么也没有，在量子物理概念诞生后，人们开始质疑这一看法，最近，科学家开始从广义相对论的角度来思考时空和时空的膨胀性，将时空看成由微小的信息块构成，“量子信息”的相互作用也许产生了时空和时空的属性。数百位物理学家将“信息量子化”、或“量子信息”的概念和时空物理学结合起来，也许能开辟一条量子物理研究的新航道。

爱因斯坦认为，引力是时空弯曲产生的效应，将引力和时空的几何性质联系起来，物理学家可以找到一条将引力量子化、或量子引力的路径，爱因斯坦和后爱因斯坦的物理学家长期以来一直在寻找将广义相对论和量子力学相结合的方法，近代物理学的两大理论各自取得了成功，却存在不协调，甚至彼此对立的倾向。“它来自量子比特”的大项目研究也许能发现将两大理论相结合的新的可能性。这里的“它”指的是时空，“量子比特”指的是最小可能的信息单位，主要衡量计算机信息处理的量子尺度单位。物理学家认为量子比特含有宇宙的“密码”、或“代码”，破解这些量子信息代码能够帮助我们理解大尺度宇宙的含义。

加拿大理论物理圆周研究所举办的“七月会议”从预期的90人扩大到200人，圆周研究所还组织召开了5次卫星连线的视频会议，其它大学的科学家得以分享学术会议的成果。“它来自量子比特”简称“IFQ”，这一前沿的物理合作项目既涉及到量子计算机，也涉及到时空和广义相对论物理。过去，量子信息论和广义相对论的“两路人马”缺少有效的沟通和合作，存在“貌合神离”、“各自为阵”的倾向，现在，“IFQ”国际合作项目拉近了双方的距离，量子信息领域的科学家站在一方，而高能物理和弦理论的科学家站在另一方的局面不能继续下去了。量子信息的概念不仅存在于计算机领域，也许还“储存”在时空中。按照弦理论家、哥伦比亚大学物理教授布莱恩·格林的说法：“如果像一些人预期的，可以将量子信息论和时空物理成功地结合起来，那么这将点燃下一次物理革命的火花，给我们带来理解时空性质的深刻影响”。

（邓如山2016-10-27）

（Thequantizationofspaceandtime,or"quantumspacetime"expandthequantumtheory）

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