时空是怎么产生的？ _小知识

1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，彻底改变了我们对时间、空间和引力的认识。爱因斯坦的理论中，引力被看作是时空的弯曲，并预言了引力可以弯曲光线，宇宙中存在着黑洞等等。
但是一个世纪过去之后，时空的本质却仍是谜团：时空是怎么产生的？为什么时空的性质符合广义相对论？微观世界下时空和引力会是怎样？物理学家现在还不知道真正的答案，不过他们似乎找到了一些线索。

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时空编织物
想象一下，不断放大时空，直到走进普朗克尺度（宇宙中的最小尺度，约为1.62×10-33厘米）下的时空，你会发现这里的时空虚粒子对不断产生，如同沸腾了一样，而且这里的空间结构是不确定的，不存在时间概念。许多物理学家认为，在这里会有另一种我们目前还不能揭示的更为基本的东西浮现出来。
虽然还存在着争议，不过许多物理学家认为更为基本的东西可能与一种被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”有关。这种超距作用就是量子纠缠。
量子纠缠，就是两个量子系统（一个粒子或一堆粒子）在经过短暂的彼此相互作用之后，单独干扰其中任意一个系统，会不可避免地瞬时影响到另一个系统的性质，即使两个系统之间可能相隔很长一段距离。如果用信息观点来理解的话，我们可以说，如果你测量其中一个系统，你就会知道另一个系统的信息。也就是说，量子纠缠是量子信息的一种关联性。
物理学家认为，一对纠缠粒子如同一个个零部件，它们之间再通过量子纠缠继续粘合起来，形成一种连续光滑的网络结构，这样，时空就诞生了。或者，如果把时空看作一种编织物的话，那么纠缠粒子则是节点，量子纠缠则是丝线。

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复杂的量子系统
物理学家有了这种概念后，下一步就是进行严格的论证，来看看究竟量子纠缠是怎么编织出时空。不过问题就来了：研究包含多个物体的系统是一件十分复杂的事情，不管是经典系统还是量子系统。例如，经典系统里最为典型的例子就是“三体问题” 。利用牛顿力学，你很容易计算诸如太阳和地球等两个物体的运动情况，不过加入第三个物体，例如月球，就会把从可得到精确结果的问题变为一个完全混沌的问题，这样长期的运动情况得需要极为强大的计算机才能得到近似的结果。如果再加入更多物体，问题会变得更为复杂。
量子系统的情况更加糟糕。想象一下，量子系统有数亿个原子，而且每一个原子都根据复杂的量子力学公式与其他的原子相互作用。即使只考虑一块只有100个原子的金属，每个原子的自旋可以是向上和向下，那么整个可能的状态则为2100，或者大约为1030 。只要再增加一个原子，可能的状态就会增加一倍。所以，计算难度会随着系统内的粒子数量呈爆炸形式增长，直接硬着头皮去计算是行不通的。
另外还有一点就是，研究量子纠缠如何编织出时空，避免不了处理引力问题，因为时空的弯曲程度就是引力，但是目前一些能把量子力学和引力结合在一起的理论，即量子引力理论，其数学公式仍极为繁琐，物理学家还无法直接求解出精确结果。那么该怎么办呢？
解决复杂问题

最近，物理学家发现一种数学工具，有能力去计算复杂量子系统。这种数学工具就是张量网络。

张量其实是一种简单的数学概念，它可以同时代表多个数值。例如，速度矢量是最为简单的一种张量，它同时代表着速度的大小和运动方向。更为复杂的张量相互联系起来组成网络，可以表示一个复杂系统内的所有信息。物理学家不需要求解出所有的信息，只需要把需要的信息提取出来即可。形象地说，张量网络如同一个神秘的黑盒子，所有的东西都可装进去，而且它可以吐出你所需要的东西。