你還記得看到外太空裡的真空「實際上」是什麼樣的嗎？那些在此之前看起來只是虛空的地方原來遍佈著波動起伏的場。波動變成了從場的真空中冒出的粒子，無處不在。
在量子世界，某事只要可能發生，它就一定發生。因此，暫時忘記你的日常大小和引力，想像一下縮微版的自己沉浸在量子場的包圍中，位於非常小的世界裡，坐在小椅子上。你就像是裁判，像觀看網球比賽似的觀看兩個電子互相作用，只是電子變成了網球選手，在它們中間飛舞的虛光子變成了球。
你的右邊某處有一個電子，另一個在左邊。它倆完全一樣，帶著相同的電荷。跟磁鐵一樣，它們應該互相排斥。這是一場有趣的比賽。現在電子們還離得很遠，在誕生了它們的電磁場中前進。它們越來越接近，幾乎就要撞到一起，還好沒有。它們發生了相互作用。球賽開始。虛光子們從電磁場中冒出，讓電子變道，把它們打碎。然後，就像開始時一樣迅速，球賽結束了。電子與虛光子都不見了。
你等著下一場的開始。
又一對電子正在路上。
這次你決定要把注意力集中在虛光子身上，而不是電子。你那縮微版的雙眼目不轉睛。
電子們正在運動。它們越來越接近，然後……砰！虛光子出現了。為了不漏掉任何一個畫面，你放慢了時間。
電子們正要變道。
虛光子也在那裡。
但有些事情發生了。
在一個自發出現在兩個電子網球選手中間的虛光子身上，發生了一些奇怪的變形。
它變成了粒子-反粒子對：一個電子和一個正電子。
你迅速瞥一眼電子們，好奇它們是不是受到它們間虛擬光珠消失的影響，但看上去它們毫不在意。你又去看剛被創造出來的那一對，然而……它們已經不再是一對，而是兩個半。
你閉上自己的縮微版眼睛，揉了揉。
這是什麼比賽啊？
你再次睜開雙眼。
突然之間，兩個電子之間出現了幾千對粒子-反粒子對。
你眨了下眼。
現在變成了幾億對。
幾萬億對。
你再眨了下眼……它們都消失了。
你看了下電子們。
它們已經破碎了，就像之前的網球選手一樣。奇怪。
你剛剛見到的是統治微小世界的量子規則的後果之一：某事只要可能發生，它就一定發生。對於虛光子來說，它很可能從運動中的電子們那裡借到能量，變成虛擬粒子-反粒子對，又會隨之變成其他粒子-反粒子對，或者湮滅成光，再……
你自己想像吧。
哪怕就是兩個微小的電子相互作用，在此過程中虛擬粒子對們出現的可能性也是無窮大。所以會有無窮大數量的虛擬粒子牽涉其中。
你依舊開心地坐在自己的縮微版裁判椅上，思考著，你等著下一場比賽，開始再次觀察焰火，但是沒有新的選手參賽了。沒有電子朝你走來。但現在你已知道如何搜尋，你還是看得到虛擬粒子-反粒子對不時出現，只是出現得慢了一些。它們就像從空氣中出現的網球和反網球，只是沒有打網球的人。
這些粒子對的出現是來自真空的「量子漲落」。
它們一直都在，但只要存在它們能夠借助的能量——例如運動中的電子們的動能——它們就更容易被激發。
一對電子-正電子對在你眼前出現，然後又湮滅成光子，然後它又自發變成另一對，這次是夸克-反夸克對，現在，一個反夸克發射出一個膠子，隨之……
即便是在真空中，那些看起來沒有任何東西的地方，要準確地描述我們的世界，我們仍需要考慮所有無窮多種粒子-反粒子對相互作用的可能性，任何地方，任何時間。
一團糟。
而且這種一團糟還帶來相當災難性的後果：這些可能性都很重要而且數目眾多（事實上它們的數量是無窮大），其結果是宇宙中的任何一點都應該對應於無窮大的能量值，哪怕是在沒有其他東西的真空中。很顯然，實際情況不是這樣的，不然我們的宇宙就會在任何地方開始塌縮，就在現在，因為這些無窮大的能量給時空帶來的巨大引力效應。因此，這幅畫中顯然有些不對頭的地方。
為了讓這個討厭的問題變得容易對付一點，量子場理論學家們想出來一個機智的辦法：他們純粹簡單地決定忘掉引力，將它從遊戲中整個驅離。既然這樣，他們還順便把無窮大也去掉了。他們關掉這個開關，只計算剩下的部分，連哄帶騙地……居然成功了。
荷蘭理論物理學家霍夫特(Gerard\'t Hooft)就是開創這種數學外科手術方法的幾位極其聰明極其出色的物理學家之一，他因為這個貢獻和他的博士生導師馬丁努斯·韋爾特曼(Martinus Veltman)一起獲得了一九九九年的諾貝爾物理學獎。因為他（和其他幾個人）的貢獻，雖然他們粗暴地用數學開關關掉了無窮大，但還是通過其精準的預言能力將量子場理論變成歷史上最成功的科學理論。去除無窮大的結果導致了一些以前從未被見過的粒子被預言，而且是精確預言——對於它們的質量和電荷——精確到誤差小於一千億分之一。如果隨便一個人能那麼精確地猜測，他將成功地猜出送到各個酒吧的一百萬品脫啤酒裡是不是少掉了一滴。如果我們真的具備這種能力，估計酒吧裡每天都會有暴動。
量子場理論所作出的預言都精確得讓人吃驚。但這種「賴皮」手段給尋求解釋的我們來說，所帶來的傷害就算痛飲一百萬杯啤酒都難以消解。
為什麼這些無窮大會發生？
難道僅僅是因為在我們宇宙當中比這些理論能夠有效探測的更小的區域裡，我們不知道那裡究竟發生了什麼？
也許是吧。
不管怎麼說，有一位非凡的美國物理學家就是這麼想的。他的名字叫肯尼斯·格迪斯·威爾遜(Kenneth Geddes Wilson)，他不再試圖解釋無窮多個更小的領域以得到有關粒子的某個結論，而是認為如此令人頭暈眼花的尺度可能確實是問題所在：人們沒有必要為了能夠討論粒子而考慮更加小的尺度。就像人們在市場上挑揀蘋果而不必去比較原子那樣，威爾遜提出並且證實了未知的東西也能夠被測量，被規定，和被拋到一邊。
這的確有用——事實上威爾遜因為這個貢獻而獲得了一九八二年的諾貝爾物理學獎。
威爾遜並沒有解決無窮小狀況下會發生什麼情形的問題，他只是捨棄了這個問題。通過對未知情況的切除和粗粒化，以前影響場論的無窮的問題不復存在了。
移除無窮的過程有個名字，叫做「重正化」。就像我在前面所說的，它在計算方面的效率非常出色。但是對於渴望理解所有事物的人來說，對於未知並不能簡單地忽略而過。有必要深入下去。尤其在考慮到引力的情況下，這些重正化手段並不起作用。
另一方面，量子場論是關於宇宙真正包含什麼的理論。它們非常精確，真的精確到讓你難以相信，但只能在不考慮時空背景，固定不變，以及引力不對任何東西發生作用時才有用。這不是一個真實的世界。
我們必須找到一個途徑把引力拉回來。
我們必須把引力導入量子場。
那麼該怎麼做呢？
量子場論斷言只要有場存在，就能產生小塊的能量，或者小塊的物質，它們被稱為「量子」。電磁場的基本量子就是其最小能態的基本粒子即光子和電子。與此類似，強核力場的基本量子是夸克與膠子，引力場（被視為一個假設的量子場）的基本量子是引力子。
在本書的第五部分，你已經聽說了這些詞，但我們當時否定了它。為什麼它們又出現在這兒？因為我們要看看它們究竟錯在哪裡。
我們設想一下引力來自某個類似於你目前所見的所有其他場的量子場，那麼引力子就是這個場的作用力攜帶者。當理論學家在紙上計算這些量子是如何影響其周圍時，他們發現效果就如同時空曲線。
寫在紙上，它們就是引力。
一個很好很有希望的開端。
但是再進一步思考，科學家們發現引力場的量子，就是這些引力子，使得關於引力的明確的理論完全失效。
這可就不是什麼好事情了。
為什麼會這樣？
首先，引力子沒有理由不會彼此相互作用：如果引力子真的存在，它們無論如何要與引力以及其他任何事情有聯繫，也包括它們自身。
其次，作為量子場的基本粒子，引力子也能夠出現在場真空之外的任何地方，導致類似霍夫特和韋爾特曼所要矯正的無限的問題。然而，這一次，引力量子無限無法借助任何「重正化」手段來移除：霍夫特和韋爾特曼的算法徹底失敗，威爾遜的方法也無法起作用，因為它忽略了引力子發揮作用的距離。
總之，這意味著在試圖以某個標準的方式將引力導入量子場時，毛病多多的無限問題隨之而來，並且顯然我們無法對引力視而不見，因為引力子就是引力。
如果引力就是我們剛才提到的一個量子場，如果引力子正確描述了引力在自然界中發揮作用的機制，時空將與這些無限發生作用，並且在各處崩塌。但時空並沒有崩塌，要不然我們就沒法在這裡討論這些了。
有趣的是，儘管如此，並且你或許會認為那些相信引力子存在的人腦子都不太正常，但許多科學家（包括我自己，我會在本書第七部分加以說明）還是相信引力子確實存在，至少是在一個所有人都在努力尋找的更宏大的理論中存在。
現在，既然我們已經談到這些，就讓我們再進一步，這樣你就能夠從一開始就知道，為什麼愛因斯坦的廣義相對論與量子場論無法相容。
引力與時空相關。也就是說，與時間和空間有關。交織在一起的時間與空間。
在量子場論中，從真空中冒出的基本粒子是由它的場本身所構成。在有關引力的量子場論中，因此基本粒子也是由它的場本身所構成。但是這個場是時空。因此其基本粒子應該由空間和時間來構成。
這意味著我們周圍應該有時空的基本小塊存在。任何地方都如此，也就意味著空間與時間都不再是連續的。
更糟糕的是，這些時空基本小塊能夠表現出既是波又是粒子。它們服從量子隧穿，服從量子躍遷……
如果你試圖在腦中構造這幅圖畫，祝你好運。
事實上，如果你是一個普通人，試圖去想想這樣的概念都會讓你的大腦融化。
然而，從大自然的角度，這並不是什麼問題。
真正的問題在於就算我們能夠忘記討厭的無限的問題，所有其他量子場理論能夠如此強大地描述構成我們的各種粒子，全依賴於周圍不存在這樣的時空小塊。
換句話說，這意味著廣義相對論與量子場論所使用的時空概念是不同的。
這是個問題。
一個很大的問題。貌似無法解決。
因此我們只剩下一種奇怪的感覺，感覺自己被禁錮在一個不上不下的地方：人類已經發現了兩種極其有效的理論，一種描述了我們宇宙的結構（愛因斯坦的引力理論——廣義相對論），另一種則描述了我們宇宙所包含的一切（量子場論），但這兩種理論互不理睬，老死不相往來。有很長一段時間，甚至研究這兩個領域的物理學家們也跟著他們的研究對像那樣互不交談。美國理論物理學家理查德·費曼是歷史上最聰明的科學家之一，因其在量子場論的成就而成為諾貝爾獎獲得者，他曾給他太太寫過一封信。「我在這次會議上什麼都沒得到，」他在一九六二年出席了一次引力研討會後這樣寫道，「我什麼都沒學到。因為沒有實驗，這個領域不是那麼活躍，幾乎沒有什麼最好的科學家在這個領域從事研究。結果就是這裡都是些笨蛋（有一百二十六個），而且對我的血壓也不好。下次提醒我不要再參加任何引力研討會！」
然而，因為有了新的技術以及像史蒂芬·霍金那樣的理論物理學家們的工作，科學家們很快就發現再也不能對他們不知道的東西視而不見，來自兩個領域的想法開始流入對方的領域，促成了那些你將會在本書第七部分中體驗到的瘋狂想法的誕生。接下來我將向你一一介紹。
「量子」一詞（拉丁語quantum）字面意思是「小包」，複數形式是quanta。