《现实不似你所见-量子引力之旅》（英文名：Reality Is Not What It Seems: The Journey to Quantum Gravity）是意大利著名量子理论物理学家Carol Rovelli所著的一本科普作品。作者用清晰的逻辑，精确的语言和充满诗意的笔触给读者描述了漫漫数千年的量子史话，并且为现在最前沿的量子物理理论分支之一 - 圈量子理论做了介绍，让人们的思维超越爱因斯坦，玻尔，薛定谔等大师的理论，达到一个前所未有的崭新境界，那里精彩至极，奇妙至极，令人脑洞大开，叹为观止。
做为一个量子物理的爱好者（门外汉），本人阅读过一些相关的物理和数学书籍，其中也包括一些大师的著作。《现》这本书相比较一些深奥艰深的理论著作，更加通俗易懂（基本没有什么数学公式），并且用一个清晰的逻辑将整个圈量子理论打通了，所以读完以后，感觉自己的思路也清晰了不少。因此我不禁跃跃欲试，想用一个门外汉的语言写一些我对这本书的理解。这个小结基本上更多的是我自己读完本书以后的感性认识，所以如果行文中，有大量不严谨的用词，不自洽的逻辑，不恰当的比喻，甚至是错误的理解和陈述，请给与充分的谅解。
好了，现在正式开始！
首先，我们来讲一下这本书的大致框架，这本书一共分为四个部分，
1. “源头”：讲述古代分子论和牛顿经典物理思想。在这里，请允许我将“德谟克利特”，这个伟大的名字先郑重其事的写出来，是这位伟大的先知以令人无法理解的智慧，在约公元前450年（距今约2500年前）提出了“原子论”，这是目前已知的人类最早提出原子论的时间。
2. “革命的开端”：讲述了近代物理的两大阵营 -- 爱因斯坦的广义和狭义相对论，以及普朗克，玻尔，海森堡，狄拉克等人为领导的量子物理理论
3. “量子空间与关联的时间”：从这一章开始，作者正式进入理论物理最前沿的理论之一，圈量子理论。这个理论在相对论和量子物理论的基础上，朝向更加本质的现实迈进，思考空间和时间的本质。
4. “超越时空”：本书的最后一章，作者试图用圈量子这一尚在理论阶段的概念去解释一些最本源的问题，比如：大爆炸，量子黑洞以及信息（说实话信息这一段对我而言实在是太难了以至于我并不能完全理解作者的意思，所以我将不会在本文中对其有所详细的叙述）。
介绍完本书各章节的概要，让我们进入正文。但是在此之前，我想先提出几个问题供大家思考，在我看来，这是一些非常关键的问题和概念：
1. 分立和连续 - 这个世界的基础是分立的还是连续的？这个问题还有几个等价的问题，如，物质是否无限可分？宇宙是否在“大”和“小”的两个方向都是无穷的？
2. 空间和时间 - 我们赖以存在的空间到底是什么？是一片“虚空”，还是另有解释？时间又是什么？是事物的本质，还是别的什么？
3. 宇宙的概念 - 我们在讨论宇宙的时候，我们所说的“宇宙”，到底指的是什么？事实上，很多时候，我们往往由于概念的模糊而陷入诡辩。在本书中，作者希望我们能够理清，当我们说“宇宙”的时候，到底是指“存在的一切”，还是“我们周围直接可见（观测）的时空连续体”。作者的观点是指后者，这也是物理学界的普遍定义。
好，现在让我们正式进入第一部分，起源！
作者所要讨论的起源是量子学说的起源。虽然量子学说是在19世纪末20世纪初发展起来的物理学说，但是它的思想却可以追溯到2500年前的古希腊，伟大的古希腊哲学家，德谟克利特提出的“原子学说”。
什么是量子？在互联网时代信息爆炸的时代，大家对量子的概念应该都不太陌生了。维基百科的解释是：In physics, a quantum (plural: quanta) is the minimum amount of any physical entity (physical property) involved in an interaction。翻译过来就是：在物理学中，量子是指在相互作用的过程中物理实在（物理特性）所可以保持的最小量。
从这个概念中我们可以看出一些基本的思想，比如最小化，分立性，不连续。这个思想最早来源于德谟克利特。“分立和连续”这两个对立的概念一直非常令人迷惑。在我们所可见的世界中，这两种概念都能够被发现，比如一块独立的石头，或者一个独立的人，以及一段连续的时间，一条连续长度的绳子。然而，当你深思的话，你会发现并不是那么简单，时间可以细分成分，秒，微秒，纳秒..... 绳子也可以不断地被剪断，那么有最小的时间和最短的绳子吗？同样，数十块石头可以形成一个小石堆，（物质）不断堆积，可以形成小山，星球，星系，乃至整个宇宙，那么宇宙是无穷大的吗？很显然，人类的大脑并不擅长处理“无穷”这个概念，它领我们陷入迷惑和混乱。
著名的芝诺悖论就是从这两种看似矛盾的概念中演化出来的。亚里士多德第一个凭直觉驳斥了这个悖论，他认为“通过累积数目无穷多的东西并不能得到无穷大的东西”，几个世纪后，这个直觉演化成了“无穷数列求和收敛”这个精确地数学概念。
然而，“无穷小”这个概念在现实世界中存在吗？物质/时间是可以无限可分的吗？德谟克利特不同意这种说法，他相信物质不是连续的，任意小的东西是不存在的，分割，有下限。所以，德谟克利特和他的学生用原子学说和分立性同样也解决了芝诺悖论，并且我们有理由相信，他的解决方式更加接近现实。
在这里，我还想提一下，德谟克利特作为自然主义的倡导者，他的理论并不被当权者所认可，以至于他的全部作品都已经失传了，我们只能从他的学生和传人的诗作中才能稍稍一窥他的伟大思想。让我们稍微看几本他失传的著作，就能够理解，在茫茫人类文明史上，我们错失了什么......
《大宇宙》，《小宇宙》，《宇宙结构学》，《论几何》，《几何实在》，《论数论》，《论磁》，《论动物》，《论农业》，《医药学》......
虽然德谟克利特的思想随着他的著作的销毁而暂时隐匿于历史的长河，科学女神却亮起了另一盏明灯指引着人类，那就是数学。亚里士多德解决芝诺悖论的方法虽然背后体现出的是“连续性”的思想，与德谟克利特的“分立性”相悖，但是我们很显然看到数学方法的威力，事实上，用数学的方法去研究客观世界经由亚里士多德，毕达哥拉斯，柏拉图，托勒密，哥白尼，伽利略......等人的传承，推进了自然科学的发展，并在一个伟大的人手里达到了一个至高的境界，那就是牛顿。
牛顿的《自然哲学的数学原理》几乎奠定了整个现代科学的基础，大家对牛顿三大定律也都非常熟悉。在牛顿的脑海里，世界是由空间+时间+粒子构成的，粒子组成客观物体，它们随着时间的流逝在空间中相互作用并且运动。很显然，我们可以看出，牛顿的力必须需要两个物体相互接触才可以发生，对于“超距力”如引力，牛顿并没有给出很好的解释其来源，事实上，他回避讨论这个问题。
这个问题看似被两个年轻人解决了，他们就是法拉第和麦克斯韦。他们在对电磁力的研究过程中，逐渐形成了“场”的概念，他们认为，这个世界不光是有粒子，还有各种我们看不见的“场”，粒子随着时间的流逝，在空间中受“场”的作用而运动。引力之所以可以在物体不接触的情况产生作用，是因为有“引力场”存在，那么“引力场”到底是什么呢？这个答案将有一个伟大的犹太人给出答案，并且从核心深处撼动牛顿的物理世界。
下面让我们进入第二部分的内容，革命的开端！
爱因斯坦，最为迄今为止人类最伟大的大脑之一，他的狭义和广义相对论无疑推动了整个人类的思维范式。
爱因斯坦的狭义相对论主要讨论的是时间的问题和质能守恒的问题，并没有对引力的来源做出回答，但是无疑，爱因斯坦在狭义相对论中将时间和空间统一了起来，这奠定了其广义相对论的理论基础，而广义相对论，回答了引力的来源。正如爱因斯坦自己所比喻的，我们是在一个“巨大的，活动的软体动物的内部”，这个软体动物就是“时空”。太阳（质量）使其周围的时空弯曲，地球并不是由于神秘的超距作用的吸引才围绕太阳转动，而是在倾斜的空间中沿直线运动。
爱因斯坦首先完成了这个思想实验，然后他开始着手寻找可以描述这个实验的精确的数学方程表达式。这一次，数学再次发挥了它不可思议的作用。爱因斯坦从黎曼的几何学中找到灵感，利用黎曼曲率来描述弯曲的空间。
黎曼几何的“内观几何”思维是我读本书的一个主要收获之一。我们中学乃至大学（非数学专业）的几何学基本上都是研究“外观几何”，什么叫外观几何呢，那就是你是站在被研究的对象外部，用上帝的视角来观察被研究对象的。但是想象一下，作为一个平面上的蚂蚁，它怎么研究它所在的一个球（高维几何）呢？它是无法像我们一样从外部去测量这个球体的特征，它只能观察自己在球面的运动轨迹，以期找到规律。那么同样，我们人类作为一个三维的动物，无法从外部去观测一个四维的时空，也很难想象更高维的几何实体的“外观”。因此“内观几何”方法仿佛就是我们最有效的工具 - 即放弃描述整个高维几何实体的外观特征，转而研究三维物体在其中的运动规律。从这个角度，我们也就能够更容易理解宇宙“有限但无界”这个概念了。
现在让我们暂时放下爱因斯坦的相对论，来看一下他的另一个伟大的发现，那就是光量子理论的提出。爱因斯坦在1905年一年之中在《物理学年鉴》中发表了五篇论文，每一篇论文都足以让他获得一次诺贝尔奖，这一年堪称爱因斯坦奇迹年，让我们来看看这五篇论文的题目：
《分子大小的新测定方法》；《关于光的发生和转变的一个新观点》；《从热的分子运动论看静止液体中悬浮粒子的运动》；《论运动物体的电动力学》；《物体惯性同它所含的能量有关吗》
在《关于光...》和《从热的分子...》两篇论文中，我们可以看到德谟克利特的“原子论”和“分立性”思想穿越慢慢历史长河，停留在另一个伟大的人，爱因斯坦的肩头，并且以一种更加严谨和深刻的方式向世人展现了出来。然而，爱因斯坦本人在提出“量子”概念以后变成了这个概念的最大的反对者，他无法容忍有量子理论而随之带来的“不确定性”。他坚决的摈弃了量子理论，而发展量子理论的艰巨任务，交到一群年轻人的手里，他们中有：
* 玻尔：通过对不同物质的光谱的研究提出“量子跃迁”理论。
* 海森堡：著名的海森堡测不准定理
* 狄拉克：狄拉克公式，将概率引出量子力学
这三位年轻人的发现奠定了量子理论的三块基石，书中作者这样总结：
1. 第一块基石： “信息是有限的” - 系统内部能够存在的信息有一个上限，无穷是有限的。自然的基本特性是分立的而非连续的（连续性是一种观察的假象），而普朗克常理h是衡量分立性的基本尺度（最小量）。
2. 第二块基石： “不确定性” - 量子并不会在空间中遵循某一轨迹，它会何时何地出现，我们无法精确知道，我们所知的，只是“概率”。因此未来并非完全由过去决定，我们所见的“规律”只能是统计学意义上的。
3 第三块基石：“实在是相关联的” - 这是量子理论最深奥也是最难懂的一个概念，由于不确定性，我们无法得知实在的“本源”，因此我们无法精确描述哪里会有一个粒子，我们只能描述一个粒子如何向其他粒子“展现自己”，所以实在成了相互作用，成了关联的事件。量子力学的世界不是“物体的世界”，而是“事件”的世界。从某种意义上来讲，这其实是相对论更加彻底的一种扩展 （在相对论中，我们只能针对某一特定物体的运动定义同时性，我们无法根据两个不同的事件定义同时性） 。
量子理论非常的难懂，想要完全理解它几乎是一件不可能的事情，但是我还是想摘抄一些文中的句子来帮助自己理解，以管窥豹。
1. 爱因斯坦：“从点光源发射出的一束光线的能量，并不会在越来越广的空间中连续分布，而是由有限数目的“能量量子”组成，它们在空间中点状分布，作为能量发射和吸收最小单元”
2. 颜色是法拉第力线振动的速度，它由发射光的电荷的振动决定，这些电荷就是原子内运动的电子
3. 电子并不始终存在，而是在发生相互作用时才存在，它们在于其他东西碰撞时才突然出现
4. 牛顿物理学认为我们一旦拥有了关于初始数据的充分信息，就可以对未来进行精准的预测，这一假设在原子层面开始失效。在量子力学中，即使我们能够计算，也只能计算出事件的概率。这种微小尺度上的“决定论”的缺失是大自然的本质。
5. 量子力学教会我们，不要以处在某一状态的“物体”的角度来思考世界，而应该从“过程”的角度来思考。
好了，直到现在，我们所看到的的内容，尽管再难以理解或者接受，都还是目前已经基本确认或者被证实的理论，下面我们将开启更大的脑洞，去往一个探索更加本质的问题的世界，圈量子理论。
下面让我们进入第三部分，量子空间和关联时间！
德谟克利特在提出“原子论”的时候，同时提出了“虚空”的概念。他认为原子的一切活动是在虚空的背景下发生的，然而虚空到底是什么呢？
当然，德谟克利特所指的虚空在我们现在看来其实很有可能就是充斥着各种气体的空间。很显然，它和圈量子理论所说的“虚空”完全不是一个级别上的概念。
量子力学发展至今，我们所知的最小粒子大概在10^-19-10^-22之间，也就是LHC（大型强子对撞机）所能发现的最小的一些轻子。这些粒子在极微小的尺度上在“虚空”中飞舞，不断地产生或湮灭，用它们之间的相互作用构筑起了我们所能看见的世界。那么，提供给这些粒子跳舞的那个舞台，也就是所谓的“虚空”，是由什么物质构成的呢？我们始终在研究舞台上精彩纷呈的各个角色以及它们所表演出来的剧情，却忽视了舞台本身。而圈量子理论带我们进入更加本质的世界，让我们一起来看一下这个“舞台”本身。
圈量子理论认为这个“舞台”是由一种最基本的粒子所构成，这也就意味着，空间本身的分割是有极限的，而非无穷小的。这个空间究竟有多小呢？90年前，俄国一位颇具悲剧色彩的天才，布隆斯坦经过精确的计算得出，这个尺度是10^-33到10^-34之间，为什么这样讲呢？因为根据爱因斯坦的引力理论，物质会弯曲空间，如果一个粒子的尺度小于10^-34，它自身的重量将会使它周围的空间坍缩，粒子将会跌入它自身的黑洞，整个世界将会不再存在。这个尺寸随后被普朗克独立发现，也就是著名的“普朗克尺度”，而布隆斯坦在此之前就被斯大林的警察逮捕并枪毙了，所以大家都只知道“普朗克尺度”，而事实上，它更应该被称为“布隆斯坦长度”，可悲可叹！
在普朗克尺度的基础上，20世纪60年代，一位美国理论物理学家，约翰.惠勒（费曼的老师）提出了惠勒方程用以从几何角度描述普朗克尺度，进而发现，这个方程的解在几何上呈现出的是一种“空间中的闭合线”的形态，也就是一个“圈”。圈量子理论应运而生。
圈量子理论研究由这些闭合线所形成的世界。圈与圈相交错形成节点，而节点和节点之间产生空间，整个世界由此而呈现。
圈量子引力的核心“预言”是空间不是连续体，不是无限可分的，它由‘’空间原子”组成。这些“空间原子”和我们目前已发现的基本粒子一样，具有自旋的特性，引力由此而产生。空间本身就是引力场。空间的量子不存在与任何空间，引力的量子也不存在与任何空间，因为它们就是空间本身。（事实上早在19世纪，伟大的数学家黎曼就已经清楚地意识到离散的物理空间比连续空间更为合理）
惠勒的方程还有一个有趣的特征，那就是这个方程中没有出现时间变量(t)。是方程有局限性还是它正好表现出了某些本质？圈量子理论认为，答案是后者，在圈量子的世界中，时间不再是这个世界的本质，它只是一种由变化而产生的“现象”。如果空间量子的舞蹈停止，那么时间将因此而消失。
在此我们不得不赞叹古人的智慧，德谟克利特的学生卢克莱修在他的伟大著作《物性论》中就曾经写到：
“时间 不是自己独立存在的，应该承认，离开了事物的活动，人们就不能感受到时间本身”
作者在本章节中对于时间的理解是我在本书中第二个大的启发。作者提出了一个“脉搏跳动 -- 计算时间 -- 同等时间观察钟摆摆动次数” 相比较于“脉搏跳动次数直接换算钟摆摆动次数”的例子，让我们明白，时间是我们为了方便测量和计算而约定俗成的一个量，它并不是事物的本质，就好比货币之于交易一样，并不是本质，而是一个工具。
作者写道：“这是个很简单的转变，但是从概念角度来看，是个巨大的飞跃。我们必须学会不以事物在时间中变化而是以其他方式来思考世界。事物只是相对于另一事物发生变化。在基本层面，时间不存在。我们通常对时间流逝的感觉只是在宏观尺度上的一种有效近似，这主要是源于我们只能以粗糙的方式感知世界。”
那么在时间消失的世界，时间意味着什么呢？在圈量子的世界中，世界不再无限可分，而是有在普朗克尺度下的最小“空间量子”，在这个基础上，时间作为衡量变化的一个工具，也不会再被无限可分。作者在本书的第四部分中清楚地提出了，时间的基本单位是“光走完普朗克长度所需的时间”。
本书的第三部分可谓是真正的开脑洞之旅，读下来颇为辛苦。我的总结，这一部分作者所陈述的重点有一下三个：
1. 空间=引力场，其基本特征是分立性，最小尺度为普朗克长度，在这个尺度上，时间不存在
2. 空间量子不占用空间，它们就是空间本身
3. 空间量子不随时间的流逝而变化，是它们的变化产生了时间
最后让我们用一张图来展现这几百年的世界观的发展：
好了，讲到这里，这本书的内容已经基本到达尾声。现在进入第四部分，超越时空！
作者在第四部分中，基于圈量子理论分别往宏观宇宙学和微观量子理论两个方面介绍了一下目前最前沿的一些理论物理研究方向，其中包括，大爆炸理论，量子黑洞等。宇宙的起源，极大尺度和极小尺度上的对立统一，作者从圈量子理论的角度去解释，仿佛一切变得不再那么难以想象，让人觉得或许终极的答案，就近在咫尺。
这其中，作者提到的一个实验让我颇感兴趣，也就是LIGO的升级版，LISA。如果说LIGO是在地球上用激光测量引力波的实验，那么LISA就是将这个实验搬到了太空中。科学家希望通过LISA在测量引力波的时候，还能够以期观测到接近大爆炸时产生的原始引力波的背景辐射，在那里我们或许可以获取量子反弹的信息，一窥量子态时的宇宙。希望有生之年能够听到LISA的好消息！
对于这本书的理解和介绍基本到此为止，请原谅我无法对本书得最后一章“信息”写出理解，希望我能够在日后的学习中进一步理解物理信息理论，也欢迎大咖的指导。
最后，这本书中作者不仅深入浅出的叙述了量子史话，更是好句连连，字里行间流露出一个真正的学者的扎实的作风。比如他讲讲到理论物理相之于应用物理的时候，说到：
“一些科学哲学家把科学限定为数值上的预测，这过度窄化了科学。他们没有抓住要点，因为他们混淆了手段和目标。可检验的定量预测是验证假说的手段，但科学研究的目标不只是做出预测，还要理解世界的运行方式，建构与发展世界的图景，提供给我们用以思考的概念结构。在进入技术层面之前，科学是有远见的。”
反思我们国家目前的科学技术的发展，是否就有一些过于急功近利，缺少一些脚踏实地的“远见”呢？
最后，让我用作者关于科学精神的一段话来结束本文。
“我认为理论的晦涩难懂并非量子力学之过，而是由于我们的想象力有限。当我们尝试去“看”量子世界时，我们就如同生活在地底下的鼹鼠要给别人描绘一番喜马拉雅山一样，或是像被囚禁在柏拉图洞穴深处的人们一样。
爱因斯坦去世的时候，他最伟大的对手玻尔为他献上了令人动容的赞美之词。几年以后，玻尔去世之时，有人拍了一张他书房里黑板的照片。黑板上画了一幅画，呈现的是爱因斯坦的思想实验——“光箱”。辩论的渴望与更深入理解的渴望，一直持续到他生命的最后一刻。质疑，也持续到最后一刻。
这种永恒的质疑，正是科学的源头。”
