早在1973年,美国理论物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒就简洁地概括了广义相对论的精髓:时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲。在爱因斯坦看来,引力并非一种力,而是一种几何结构:质量巨大的物体压迫时空织物,就像保龄球压在床垫上,使得其他物体滚入由此产生的凹陷。这个比喻固然精妙,却存在致命缺陷:当恒星死亡并坍缩为黑洞时,这个“凹陷”会刺穿床垫,导致爱因斯坦的理论失效。正是为了应对这类极端情况,物理学家需要一种量子引力理论,几十年来,他们一直试图用纯量子粒子构建时空,使其表现符合惠勒的描述。
20世纪90年代末,全息原理的提出带来了突破。胡安·马尔达西那、爱德华·威滕等人证明,整个三维宇宙可以完全编码在其二维边界上的一组相互作用粒子中——就像普通的全息明信片在完全平坦的表面上创造出体积感一样。随后研究发现,这种空间的几何结构是由量子纠缠维持的:它充当了结缔组织的作用。一旦切断两个区域之间的纠缠“丝线”,它们之间的桥梁(如虫洞)就会变薄并最终消失。至此,物理学家理解了惠勒的第一句话:纠缠搭建了舞台,让物质得以在其上起舞。但后半部分仍是一个谜——在这些模型中,物质并没有使空间弯曲,保龄球放在床垫上,却没留下任何压痕。
而最近,缺失的关键要素终于出现了。包括弗吉尼亚理工大学查尔斯·曹(Charles Cao)团队在内的多个科研小组发现,量子力学中一种被称为“魔法”(magic)的特殊性质,正是时空弹性的来源。这一参数反映了系统的真正量子本质,并衡量了在传统计算机上模拟该状态的难度。该术语由物理学家阿列克谢·基塔耶夫和谢尔盖·布拉维于2004年首次提出。根据他们的理论,“魔法”源于所谓的非克利福德门(non-Clifford gates)的使用——这正是量子计算机相对于经典计算机拥有巨大优势的核心所在。曹形象地将“魔法”比作“时空织物的柔软剂”。参与这项新研究的加州理工学院学者约翰·普雷斯基尔指出,没有了“魔法”,一切都变得过于简单,而量子时空的结构其实要复杂得多。
要理解引力的介入,必须联想到量子纠错码——正是它们通过将脆弱的信息“分散”到多个量子位中,来保护量子计算机中的数据。丹尼尔·哈洛等人在约十年前就证明,全息原理遵循着同样的逻辑。然而,旧的“稳定器”编码将纠缠僵硬地划分为空间和物质两部分,两者互不影响。导致空间虽然完美,却是惰性且死气沉沉的。解决方案是曹、普雷斯基尔及其同事在2026年构建的新一代编码:它充满了非克利福德门,因此具备“魔法”。这种魔法最终让空间的纠缠与物质的纠缠产生了相互作用,空间也随之开始因物质的存在而弯曲。曹对此持谨慎态度:该编码目前还非常宽泛,尚未描述我们具体的宇宙或时间的流逝。“这为我们提供了引力的前身,”他说道,“我们现在正处于从0到5的第0.5步。”
尽管尚处早期阶段,一幅美丽且出人意料的画卷已然展开。量子力学的两个核心特性——纠缠与魔法——恰好对应于空间的两个核心属性:形状与柔性。事实证明,空间本身就是人们所能想象出的最具“量子性”的事物之一。此外,引力似乎源于编码的不完美:没有“魔法”的编码能完美地保护信息,从而产生没有引力的惰性空间,而真正的引力恰恰产生于信息的泄漏与混合。换个通俗的比喻,清华大学物理学家巴特克·捷克(Bartek Czech)曾开玩笑说,编码中这种轻微的“疏忽”,正是牛顿的苹果落地的深层原因。




