她談論物理學就像談論烹飪。“我的長處是無中生有地把東西拼湊在一起，”她說，“把這個配料和那裡的另一個配料放在一起，然後粘合在一起。”藝術在於弄清楚使用哪些配料以及如何將它們組合起來，以便當烤箱鈴聲響起時，宇宙恰到好處。
31歲的福蒂尼·馬爾科波盧·卡拉馬拉被譽為世界上最有前途的青年物理學家之一。她最近接受了在加拿大安大略省滑鐵盧的珀裡米特理論物理研究所的職位（該研究所是加拿大對美國新澤西州普林斯頓高等研究院的回應）。在那裡，她與羅伯特·邁爾斯和李·斯莫林等著名物理學家一起工作，希望將愛因斯坦的廣義相對論與量子理論結合起來，以解釋空間和時間的本質。
這種統一可能是現代物理學中最大的挑戰。弦理論一直是主要的競爭者。它提出物質的構成基石是微小的、一維的弦，並且弦的各種振動像音符一樣演奏出熟悉的粒子旋律。
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儘管弦理論找到了一種將引力納入物質量子描述的方法，但一些物理學家認為它存在缺陷，使其無法成為最終的萬物理論。首先，該理論預設了多達 26 個空間維度，遠遠多於實驗中發現的維度。更根本的是，雖然弦對於描述物質來說很好，但它們並不能解釋它們擺動的空間。新版本的弦理論可能會解決這個問題。但包括斯莫林、賓夕法尼亞州立大學的阿拜·阿什特卡和法國馬賽理論物理中心的卡洛·羅韋利在內的一小部分物理學家更看好另一種方法：圈量子引力，簡稱 LQG。
在 LQG 中，現實是由相互作用和組合形成所謂的自旋網路的迴圈組成的——英國數學家羅傑·彭羅斯在 20 世紀 60 年代首次將其設想為抽象圖。斯莫林和羅韋利使用標準技術來量化廣義相對論的方程，並在這樣做時發現了隱藏在數學中的彭羅斯網路。這些圖的節點和邊攜帶離散的面積和體積單位，從而產生三維量子空間。但是由於理論家從相對論開始，他們仍然留下了一些量子網路之外的空間。
那是 20 世紀 90 年代後期 LQG 的狀態，當時馬爾科波盧·卡拉馬拉開始著手解決這個問題。巧合的是，她走上了這個主題。“我 16 或 17 歲時才決定學習物理學，”這位來自希臘雅典的理論家說。“在那之前，我什麼都想做：考古學家、宇航員、畫家。”當她在倫敦大學讀本科時，一位學習理論物理學的朋友推薦了倫敦帝國理工學院的量子引力理論家克里斯·伊舍姆的講座。“它在我回家的路上，所以我每週去一次，我很喜歡它。”她說服伊舍姆擔任她的導師，並最終獲得了量子引力博士學位。然後，她作為博士後研究員加入了斯莫林在賓夕法尼亞州立大學的研究團隊。
馬爾科波盧·卡拉馬拉透過提出以下問題來解決 LQG 的外在空間問題：為什麼不從彭羅斯的自旋網路（它們沒有嵌入任何預先存在的空間）開始，混合一些 LQG 的結果，看看會發生什麼？結果是網路不是生活在空間中，也不是由物質組成的。相反，它們的架構本身會產生空間和物質。在這種圖中，沒有事物，只有幾何關係。空間不再是粒子碰撞和抖動的地方，而是變成了不斷變化的模式和過程的萬花筒。
每個自旋網路都像一個快照，是宇宙中凝固的瞬間。在紙上，自旋網路根據簡單的數學規則演變和變化，變得更大更復雜，最終發展成我們居住的大尺度空間。�
透過追蹤這種演變，馬爾科波盧·卡拉馬拉可以解釋時空的結構。特別是，她認為抽象的迴圈可以產生愛因斯坦理論中最獨特的特徵之一——光錐，時空區域，光或任何其他東西都可以在其中到達特定的事件。光錐確保因果關係是先因後果。我們可以透過仰望天空來理解這個概念，並且知道有無數的星星是我們看不到的，因為自宇宙誕生以來，它們的光芒照到我們的路上還沒有足夠的時間；它們超出了我們的光錐。
然而，光錐在自旋網路中的位置並不那麼明顯。這些網路受量子力學支配。在那片充滿不確定性的奇境中，任何網路都有可能演化成無限的新網路，不留下因果歷史的痕跡。“我們不知道，在我們使用的語言中，如何在 LQG 中引入因果關係的概念，”斯莫林說。馬爾科波盧·卡拉馬拉發現，透過將光錐附加到網路的節點上，它們的演化變得有限，並且因果結構得以保留。
但是，自旋網路代表了整個宇宙，這帶來了一個大問題。根據量子力學的標準解釋，事物在被觀察者感知之前仍然處於機率的邊緣。但是，沒有孤獨的觀察者可以發現自己超出了宇宙的範圍而回頭看。那麼，宇宙如何存在？“這是一個非常棘手的事情，”馬爾科波盧·卡拉馬拉說。“誰在看著宇宙？”對她來說，答案是：我們。宇宙包含著它內部的觀察者，表現為網路中的節點。她的想法是，要描繪大局，你不需要一位畫家；很多人都可以。具體來說，她意識到，她用來將因果結構引入量子時空的相同光錐可以具體定義每個觀察者的視角。
由於光速是有限的，您只能看到宇宙有限的一部分。您在時空中的位置是獨一無二的，因此您的切片與其他人的略有不同。儘管沒有外部觀察者可以訪問那裡的所有資訊，但我們仍然可以根據我們每個人收到的部分資訊來構建一個有意義的宇宙畫像。這是一個美好的想法：我們每個人都有自己的宇宙。但是有很多重疊。“我們大多數人看到的是相同的東西，”馬爾科波盧·卡拉馬拉解釋說，這就是為什麼儘管時空是量子化的，但我們看到的宇宙仍然是平滑的。“我實際上認為理論物理學很像藝術，”兩位雕塑家的女兒馬爾科波盧·卡拉馬拉總結道。“把這些東西放在一起就像用黏土無中生有地創造東西，而且它應該從各個方面都有效。我喜歡創作部分，但我也喜歡你可以檢查。”
檢查的時間正在迅速臨近。有一些細節需要解決，例如如何從量子因果關係中推匯出通常的一維時間，但她認為，如果觀測可以證實自旋網路的基礎知識，她將消除障礙。一個實驗可能是追蹤來自數十億光年外的伽馬射線光子。如果時空實際上是離散的，那麼單個光子應該以略微不同的速度傳播，具體取決於它們的波長。馬爾科波盧·卡拉馬拉正試圖破譯這種色散的形式。
如果這是真的，她的預測可能會永遠改變我們對空間結構的思考方式。量子引力的幾項測試可能會在未來幾年內進行。“我總是告訴自己，如果它沒有變成真正的物理學，如果沒有與實驗接觸，我就會在紐約找到一份薪水很高的工作。就我所知，它可能會很容易奏效。總是存在這種可能性，”馬爾科波盧·卡拉馬拉說。與此同時，她正在努力工作，等待著烤箱鈴聲響起。
阿曼達·蓋夫特居住在紐約市。�