一世T是最大的问题，这是最小的问题。
目前，物理学家有两本不同的规则手册来解释自然是如何运作的。其中有广义相对论，它完美地解释了引力及其主导的所有事物:绕轨道运行的行星、碰撞的星系，以及整个宇宙膨胀的动力学。这是大的。然后是量子力学，它处理其他三种力——电磁力和两种核力。量子理论非常擅长描述铀原子衰变或单个光粒子撞击太阳能电池时会发生什么。这是小的。
现在出于问题：相对论和量子力学基本上具有不同配方的不同理论。这不仅仅是一个科学术语的问题;这是一种真正不相容的现实描述的冲突。
这两半的物理学之间的冲突已经酝酿着一个以上的世纪 - 由爱因斯坦一对1905篇论文引发，一个概述的相对论和其他引入量子 - 但最近它进入了一个有趣的，不可预测的新阶段。两个值得注意的物理学家在他们的阵营中脱颖而出，进行了最终解决的实验，最终可能会解决哪种方法是至关重要的。
就像像素是屏幕上图像的最小单位一样，可能存在一个不可打破的最小距离单位:空间量子。
基本上，您可以将相对论和量子系统之间的划分视为“平滑”与“块”。在一般相对性中，事件是连续和确定性的，这意味着每种原因都达到特定的，局部效果。在量子力学中，通过亚杀菌颗粒的相互作用产生的事件发生在跳跃（是，量子跳线）中，具有概率而不是明确的结果。量子规则允许通过古典物理禁止连接。这是在一个中展示的据讨论的最近实验，荷兰研究人员蔑视当地效果。它们显示出两个颗粒 - 在这种情况下，电子 - 可能会立即互相影响，即使它们分开。当您尝试以块量子样式解释顺利的相对论法，或反之亦然，事情会令人恐惧地错误。
当您尝试将其扩展到量子尺寸时，相对性给出了荒谬的答案，最终降临到其中的无限值重力描述。同样，当你吹到宇宙尺寸时，量子力学就会发生严重麻烦。Quantum Fields携带一定量的能量，即使在看似空的空间中，能量的数量变得更大，因为田地变得更大。根据爱因斯坦，能量和质量是等同的（这是消息E.=马克2），所以堆积能量与堆积的质量完全相同。足够大，量子领域的能量变得如此之大，即它创造了一个黑洞，导致宇宙自身折叠。哎呀。
芝加哥大学的理论天体物理学家克雷格·霍根和费尔米尔粒子天体物理学中心主任重新诠释了量子侧，其中具有新颖的理论，其中空间空间本身的量子单元可能是足够大的，直接研究足够大。同时，加拿大滑铁卢的周边理论物理学研究所的创始成员李斯莫林正在寻求通过返回爱因斯坦的哲学根源向前推动物理学，并以令人兴奋的方向延伸它们。
要了解什么是赌注，回顾先例。当爱因斯坦揭开一般相对论时，他不仅取代了ISAAC牛顿的重力理论;他还释放了一种新的方式来看着物理学，导致了大爆炸和黑洞的现代概念，更不用说原子弹和手机GPS所必需的时间调整。同样地，量子力学做了远远超过重新制作电力，磁性和光线的教科书方程。它为大型特罗龙撞机，太阳能电池，所有现代微电子学提供了概念工具。
尘土落中出现的是现代物理学中的第三次革命，具有惊人的影响。它可以告诉我们自然法则来自哪里，以及宇宙是基于不确定性的还是基本上确定的，每一个事件都能明确地引发原因。
一个笨蛋的宇宙
Hogan, champion of the quantum view, is what you might call a lamp-post physicist: Rather than groping about in the dark, he prefers to focus his efforts where the light is bright, because that’s where you are most likely to be able to see something interesting. That’s the guiding principle behind his current research. The clash between relativity and quantum mechanics happens when you try to analyze what gravity is doing over extremely short distances, he notes, so he has decided to get a really good look at what is happening right there. “I’m betting there’s an experiment we can do that might be able to see something about what’s going on, about that interface that we still don’t understand,” he says.
爱因斯坦的物理学中的基本假设 - 一直返回亚里士多德的假设，真的 - 是空间是连续且无限的分割的，因此可以切碎甚至更小的距离。但是霍根问题是真的真的。他认为，正如像素是屏幕上的最小单位，并且光子是最小的光单位，所以可能存在一个不可用的最小距离单位：空间量子。
在Hogan的情景中，询问重力在比单个空间块小的距离上的表现会毫无意义。在最小尺度上无法进行重力，因为不会存在这种比例。或者另一种方式，将被迫与量子物理学的一般相对性，因为物理学家测量相对论的影响本身将分为不可用的量子单元的空间。在量子阶段将发生重力作用的现实剧院。
全息仪将显示正确的方式(或排除错误的方式)，以了解潜在的空间量子结构。
Hogan承认他的概念听起来有点奇怪，甚至在大量的事情上有很多同事。自20世纪60年代后期以来，一群物理学家和数学家一直在开发一个称为String理论的框架，以帮助与量子力学协调一般相对性;多年来，它已经进化为默认的主流理论，即使它未能在其早期承诺中未能提供。与块空间解决方案一样，String理论假设空间的基本结构，但从那里两次发散。String理论假设宇宙中的每个物体都包括振动的能量串。像块状空间一样，弦理论通过向宇宙引入有限，最小的比例来避免引力灾难，尽管单位串均匀地较小，甚至比空间结构霍根试图找到。
Chunky Space与字符串理论的思想 - 或任何其他提议的物理模型的想法没有完全对齐。“这是一个新的想法。它不在教科书中;这不是对任何标准理论的预测，“Hogan说，听起来不太有关。“但没有任何标准理论对？”
如果他对空间的块是正确的，那将淘汰大量目前的弦理论配方，并激发了一种新的方法来重新制定量子术语的一般相对性。它建议了解空间和时间内在性质的新方法。最奇怪的是，也许是，它会撑起一个Au Courant.我们看似三维现实的概念由更基本的二维单位组成。Hogan认真地拍摄“像素”隐喻：就像电视图片可以从一堆平平像素创造深度的印象，所以，所以空间本身可能从一个充当两个维度的元素集中出现。
就像来自今天的理论物理学的远沿的许多想法一样，Hogan的猜测可以听起来像新生宿舍的深夜哲学。是什么让他们彻底不同的是，他计划将它们放在一个坚硬的实验测试中。如同在那样。
从2007年开始，Hogan开始思考如何构建一个可以测量空间极佳粒度的设备。事实证明，他的同事有很多关于如何做到这一点的想法，借鉴开发的技术以寻找引力波。在两年内，Hogan汇总了一个提案，并正在与芝加哥大学的费尔米尔和其他机构合作，建立一个块探测机的合作者，他更优雅地呼叫“小镜。“（名称是一个深奥专栏，参考17世纪的测量仪器和2-D空间可能出现三维的理论，类似于全息图。）
在概念上的层层复杂之下，全息仪在技术上不过是一束激光束，一面半反射镜将激光分成两束垂直的光束，再用另外两面镜子沿着一对40米长的隧道将光束反射回来。光束经过校准以记录反射镜的精确位置。如果空间是块状的，镜子的位置就会不断地漂移(严格地说，空间本身也在漂移)，在它们的分离中创造出一种恒定的、随机的变化。当两束光重新组合时，它们会稍微不同步，而差异的程度会揭示出大块空间的规模。
对于Hogan希望找到的Chunciness的规模，他需要测量10的准确性-18米，比氢原子小约1亿倍，并以每秒约1亿读数的速度收集数据。令人惊讶的是，这样的实验不仅可能，而且是实用的。“我们能够在光子学中的进步，很多搁板零件，快电子和那样的情况下相当便宜地廉价。”“这是一个非常投机的实验，所以除非它便宜，否则你就不会做到这一点。”小计目前正在哼哼，以目标精度收集数据;他预计将在今年年底举行初步读物。
Hogan具有激烈的怀疑论者的份额，包括在理论物理界中的许多人。分歧的原因很容易欣赏：小小镜的成功意味着在弦理论中完成了很多工作的失败。尽管这种肤浅的争吵，但他的大多数理论家同事都有一个深刻的核心信念：他们大概就同意一般相对论最终将证明属于量子力学。其他三个物理法律遵循量子规则，因此它是有道理的，即重力也必须。
然而，对于今天的大多数理论家来说，对量子力学的最初的信念仍然更深。在哲学认识学级别，他们认为古典物理的大规模现实作为一种幻觉，这是一种近似的近似，从Quantum世界的越来越“真实”的方面以极小的规模运作。块空间肯定会与世界观保持一致。
霍根将他的项目比作19世纪具有里程碑意义的迈克尔逊-莫雷实验，该实验旨在寻找以太——一种假设的空间物质，根据当时的主流理论，以太能让光波穿过真空。实验什么也没有发现;这个令人困惑的零结果启发了爱因斯坦的狭义相对论，而狭义相对论又催生了广义相对论，并最终颠覆了整个物理学世界。除了历史联系之外，迈克尔逊-莫雷实验还利用镜子和分裂光束测量了空间结构，其设置与霍根的非常相似。
“我们就是本着这种精神做全息仪的。如果我们没看到什么，或者看到了什么，不管怎样都很有趣。做这个实验的原因只是为了看看我们是否能找到一些东西来指导这个理论，”霍根说。“你可以通过你的理论家同事对这个想法的反应来了解他们是怎样的人。这是一个充满数学思维的世界。我希望能有一个实验结果，迫使人们将理论思考转向不同的方向。”
他是否发现了他的空间结构，Hogan相信霍洛格将帮助物理学解决其大小问题。它将显示正确的方式（或排除错误的方式）以了解空间的底层量子结构以及如何影响流过它的重力的相对论定律。
真的，真的很大的表演
如果您正在寻找完全不同的方向，外围学会的斯特林是您的男人。Hogan轻轻地反对谷物，斯文林是一个全面的普及者：“当我是研究生时，理查德·芬思曼有一件事。他据说，“如果所有同事都试图证明某些事情是真实的并且失败，那可能是因为这是不是真的。”很好，弦理论一直在40或50年没有明确进步。“
这只是更广泛批评的开始。斯巴林认为小规模的物理方法本质上是不完整的。量子场理论的当前版本做出了一个精细的作业，说明单个粒子或小粒子系统的行为方式，但它们未能考虑到整个宇宙的明智理论所需的内容。他们没有解释为什么现实是如此这个，而不是别的东西。在Smolin的术语中，量子力学仅仅是“宇宙的子系统理论”。
如果你曾经觉得你想成为一件大事的一部分，这是适合你的物理。
他建议，前进的一个更丰富的道路，是将宇宙视为一个巨大的系统，并建立一种可以适用于整个事情的新理论。我们已经有一个理论，为该方法提供了一个框架：一般相对性。与量子框架不同，通用相对性允许外部观察者或外部时钟的任何地方，因为没有“外面”。相反，在对象之间的关系和不同区域之间的关系方面描述了所有现实。甚至是基本的惯性（您的汽车抵抗移动到发动机直到被发动机），而且在您脱离加速器之后继续移动的倾向）可以被认为是连接到其他每种颗粒的引力场在宇宙中。
最后的陈述是足够奇怪的，这值得暂停一会儿，以便更密切地考虑它。考虑一个思想问题，与原本在1907年最初导致爱因斯坦的人密切相关的问题。除了两个宇航员外，如果宇宙完全是空洞的，那么其中一个是旋转的，另一个是静止的。旋转的一个感觉头晕目眩，在太空中做了卡车。但这两者中的哪一个是旋转？从宇航员的角度来看，另一个是一种纺纱。如果没有任何外部参考，爱因斯坦争辩说，没有办法说哪一个是正确的，而且没有理由应该感受到不同于其他经历的效果。
只有当您重新介绍宇宙的其余部分时，两个宇航员之间的区别才有意义。在通用相对论的经典解释中，惯性仅存在，因为您可以针对整个宇宙引力场测量它。在真实世界中的每个对象中，思想问题的是真的的：每个部分的行为都与每个其他部分的行为无粘性。如果你曾经觉得自己想成为一部分大事，那么这是你的合适物理。它也是，斯博林的想法是一个有希望的方法，以获得关于大自然真正有效的更大答案的方式。
“一般相对性不是子系统的描述。它是整个宇宙作为一个封闭系统的描述，“他说。因此，当物理学家正试图解决相对论和量子力学之间的冲突时，它似乎是他们遵循爱因斯坦的领导，并尽可能大的策略。
斯巴林敏锐地意识到他正在推动对小规模，量子风格思维的普遍奉献。“我不是故意搅拌件事，这就是这种情况。我的角色是清楚地思考这些困难问题，在那里结论出来，让尘埃解决，“他说。“我希望人们会与论点搞，但我真的希望论点导致可测量的预测。”
乍一看，斯巴林的想法听起来像一个具体的具体实验的强大起点。他建议，随着宇宙的所有部分都与空间联系在一起，他们也可能遍布时间。他的争论使他假设物理法则在宇宙的历史上发展。多年来，他制定了两个有关这可能发生的详细建议。他的宇宙自然选择理论，他在20世纪90年代敲打了冥想，以孵化新宇宙的宇宙蛋来设想黑洞。最近，他已经开发了关于量子力学规律的出现的挑衅性假设，称为优先原则而这个似乎更容易接受测试。
Smolin的优先原则是因为对身体现象的问题是可重复的问题的答案。如果您执行之前进行的实验，则期望结果与过去相同。（罢工一场比赛，它爆发成火焰;以同样的方式攻击另一场比赛，......你得到了这个想法。）再现性是我们通常甚至不考虑的生活中熟悉的一部分。我们只是将一致的成果归因于自然“法律”的行动始终是相同的方式。Smolin假设这些法律实际上可能随着时间的推移出现，因为量子系统在过去复制了类似系统的行为。
在该行为中捕获出现的一个可能方法是运行一个从未完成过的实验，所以它没有过去的版本（即没有先例）。这样的实验可能涉及创建高度复杂的量子系统，其中包含一种以新颖的纠缠状态存在的许多组件。如果优先级的原则是正确的，则系统的初始响应将基本上是随机的。然而，随着实验重复，优先级建立起来，响应应该是可预测的...理论上应该是可预测的。“宇宙建立先例的一个系统将很难区分实验实践的噪音，”斯莫林承认，“但这并非不可能。”
虽然优先级可以在原子规模上发挥出来，但其影响将是系统宽的，宇宙。它扭转了斯瓦林的想法，小规模，减少思想似乎是解决大谜题的错误方法。获得两类物理学理论，虽然重要，但也不够。他想知道的是什么 - 我们都想知道的是什么 - 是宇宙就是这样的原因。为什么时间向前移动而不是向后移动？我们是如何在这里结束的，与这些法律和这个宇宙一起，而不是其他人？
目前对这些问题的有意义答案缺乏有意义的答案揭示了“我们对量子场理论的理解深刻的事情，”斯巴林说。像Hogan一样，他不太关注任何一个实验的结果，比他在寻求基本真理的较大方案。对于士兵，这意味着能够讲述关于宇宙的完整，连贯的故事;这意味着能够预测实验，还可以解释制造原子，行星，彩虹和人的独特性质。他又借着爱因斯坦的灵感来了。
“一般相对论的课程，一次又一次，是关系主义的胜利，”斯莫林说。获得巨大答案的最有可能的方法是整个宇宙与宇宙互动。
最终获胜者是 …
如果你想在大大小小的辩论中挑选一位仲裁人，几乎没有比肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)更好的人选了。他是加州理工学院宇宙学、场论和引力物理学方面的专家。他精通相对论，他精通量子力学，他对荒谬有一种健康的感觉:他给自己的个人博客打电话荒谬的宇宙。
右转，克罗尔奖的大部分指向量子侧。“我们大多数人在这场比赛中认为量子力学比一般相对性更为基础，”他说。自20世纪20年代以来，这是一直是普遍的观点，当时爱因斯坦在违反量子理论的违规预测中找到缺陷时。近期荷兰实验证明了两个广泛分离的粒子之间的瞬时量子连接 - 爱因斯坦被嘲笑为“距离”的“幽灵动作”的事件 - 强调证据的强度。
无论理论如何摇动，大规模都是不可避免的重要性，因为它是我们居住和观察的世界。
采取较大的观点，真正的问题并不是一般的相对论与量子场理论，卡罗尔解释说，但经典动态与量子动态。相对论，尽管其感知陌生感，但它是如何看待原因和效果的古典;量子力学绝对不是。爱因斯坦乐观的是，一些更深层次的发现将揭示掩藏量子力学下方的经典，确定性现实，但尚未发现此类顺序。在距离处表现出幽灵般行动的现实认为，这种命令不存在。
“如果有的话，人们尚不理解量子力学只是完全抛出我们的空间和地方概念的程度[物理事件只能影响其直接周围环境的概念]。那些东西根本不在量子力学中，“卡罗尔说。它们可能是从非常不同的小规模现象中出现的大规模印象，如Hogan的论点，关于从2-D量子单元的空间出现的3-D现实。
尽管存在这种似乎是认可，但Carroll将Hogan的小镜头视为一个长的镜头，尽管他承认它被从他的研究领域移除。另一方面，他并没有认为斯威廉州的大部分努力从空间作为一个根本的事;他认为荒谬的概念，因为试图争辩，空气比原子更为基础。至于什么样的量子系统可能将物理学到下一个水平，Carroll仍然持近乐观理论，他说“似乎是量子场理论的一个非常自然的延伸”。在所有这些方式中，他都是忠于主流，Quantum的现代物理学思维。
然而Carroll的裁决，而几乎完全是Qualutum，并不纯粹是一种小规模思维的认可。在量子理论可以解释的情况下仍然存在巨大的差距。“我们无法弄清楚Quantum Mechanics的正确版本令人尴尬，”他说。“当您尝试考虑宇宙学或整个宇宙时，我们目前的思考方式只是一个完全失败。我们甚至不知道什么时间。“霍根和士兵都赞同这种情绪，尽管他们不同意以回应做的事情。卡罗尔慷慨地解释，其中从小规模的量子互动出现，但宣布自己“完全不可知”的斯莫林的竞争建议，时间更为普遍和基础。在时间的情况下，陪审团仍然存在。
无论理论如何摇动，大规模都是不可避免的重要性，因为它是我们居住和观察的世界。从本质上讲，整个宇宙是答案，对物理学家的挑战是找到使其流出的方法。即使霍根是对的，他的空间块也必须平均每天都有平稳的现实。即使斯宾林是错误的，那么有一个整个宇宙在那里，需要解释独特的属性 - 现在，仅仅，单独的量子物理学就不能做到这一点。
通过推动理解的界限，Hogan和Smolin正在帮助物理领域进行连接。他们不仅努力与量子力学和一般相对性之间的和解，而是在想法和感知之间的对账。毫无疑问，下一个伟大的物理理论将导致美丽的新数学和难以想象的新技术。但它可以做的最好的事情是创建更深层次的含义，可以连接回到我们，观察员，他们将自己定义为宇宙的基本规模。
Corey S. Powell是科学编辑永世，编辑大发现杂志，质子与星系之间的中间体。他是Twitter的经常存在：@Coreyspowell
