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科學領域的許多偉大進步都以發現我們曾認為是自然界基本面的事物實際上是一種幻覺為標誌，這是我們感官感知粗糙的結果。因此，空氣和水在我們看來是連續的流體，但更深入的實驗發現它們是由原子構成的。地球在我們看來是靜止的，但更深入的理解告訴我們，它相對於太陽和銀河系是運動的。
一種持續存在的錯覺是，物理物體僅與其附近的物體相互作用。這被稱為定域性原理。我們可以透過以下定律更精確地表達這個想法：任何兩個物體之間的力強度都會迅速下降——至少按它們之間距離的某個冪次下降。這可以用以下假設來解釋：物體不是直接相互作用，而是僅透過場的介質相互作用，例如電磁場，電磁場從一個物體傳播到另一個物體。場在傳播時會擴散，場線覆蓋的面積不斷增大——為電荷和質量之間的力按它們之間距離的平方下降的定律提供了自然的解釋。
定域性是一種更引人注目的錯覺的一個方面：我們存在於一個絕對空間中，相對於這個絕對空間，我們在“穿過”它時標記我們的位置。因此，艾薩克·牛頓認為，運動最終被定義為相對於絕對空間的位置變化。如果這看起來很模糊——因為沒有任何測量可以確定物理物體與這個想象中的絕對空間的關係——牛頓向我們保證，絕對空間是上帝看到的，這使得您相對於它的位置成為世界神聖性的一個方面。我們人類必須滿足於相對位置和運動——這些位置和運動是相對於我們可以看到的物理物體來定義的。
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戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨打破了神秘化，他宣稱，存在的一切都是相對位置和運動。他作為一項原則提出，任何可接受的運動科學都必須僅用相對運動來表述。在等待了兩個世紀之後，阿爾伯特·愛因斯坦在他的廣義相對論中將此交付給了我們。在這個輝煌的構建中，空間被併入了時空中，時空可以解釋為一個動態演化的關係網路。
那麼，是什麼定義了這些關係呢？只有因果關係。時空的要素是事件——定域性的最終表達——並且每個事件都是由其過去的事件引起的。每個事件也將成為未來事件的原因。時空幾何形狀中的大部分資訊實際上是對與事件相關的因果關係的編碼。
因此，我們看到物理力必須區域性作用的想法是更深層原理的結果，即物理效應具有因果過程。相對論的基本原理堅持認為，原因只能以有限的速度在空間中傳播，而速度不能超過光速。我們稱之為相對論因果關係原理。
這個原理似乎如此自然，以至於它一定是真的。但別急。迄今為止發現的所有奇怪的量子物理學方面，最奇怪的必須是令人震驚的發現，即相對論因果關係原理被量子現象所違反。粗略地說，如果兩個粒子相互作用然後分離，彼此遠離，但它們仍然可能繼續共享一種奇怪的屬性，這種屬性可能歸因於這對粒子，而每個個體本身沒有任何確定的屬性。我們說這兩個粒子是“糾纏的”。
當兩個粒子處於這種糾纏態時，實驗者可以發現，透過選擇測量另一個粒子的某些特定對應屬性，可以直接且立即地影響其中一個粒子的屬性。即使需要比光速快得多的訊號才能直接產生這種影響，也無關緊要。
自 1970 年代以來進行的許多實驗已經證明了這一點，這些實驗檢驗了約翰·貝爾在 1964 年提出的定域性概念——所有結果都表明，糾纏對違反了定域性概念。
就其目前的形式而言，量子力學僅預測包括這些實驗在內的許多型別實驗結果的統計平均值。因此，不可能利用糾纏對中存在的非定域性來發送比光速更快的訊號。但是，許多物理學家，抱著可以追溯到愛因斯坦、路易·德布羅意、埃爾溫·薛定諤和其他量子力學發明者的雄心壯志，渴望發現量子理論的改進版本。
這將更深入，並將目前的統計理論替換為更完整的理論，這將提供對每個單獨量子過程中發生的事情的完整而精確的描述。為了使這樣的理論有效，它必須基於以任意快於光速的速度傳播的影響，從而破壞相對論因果關係原理，以及我們對區域性影響的直觀概念。
是否有可能對量子物理學進行更完整的理解？我們該如何尋找它？我相信這不僅是可能的，而且是物理學進步中不可避免的下一步。我相信量子力學的完成將是解決另一個深刻問題——統一我們對引力、時空和量子的理解，以產生量子引力理論——的重要組成部分。
原因是，有充分的證據表明，量子引力理論本身將引發對定域性的重大違反。正如當時在 Perimeter Institute 的 Fotini Markopoulou 和我於 2003 年首次提出的那樣，量子引力迫使我們違反定域性正是解釋量子糾纏帶來的非定域性所需要的。
如果我們想要擁有完整的物理學，我們必須將廣義相對論給出的時空幾何圖景與量子物理學統一起來。有一些理論證據表明，使引力量子化的專案將需要空間和時空變得離散，並由有限的幾何原子構成。
正如液體只是對無數原子集體運動的描述一樣，空間和時空也將被證明只是談論大量原子事件的集體屬性的一種方式。它們的不斷出現和消失，導致下一個事件隨著它們消退到過去，構成了世界的持續構建——我們也稱之為時間的流逝。
量子引力理論的目標首先是假設支配基本事件的定律，透過這些定律，它們不斷地產生，然後消退到過去。然後，我們必須展示如何出現一個大規模圖景，其中這些離散事件被包含在對平滑連續時空的湧現描述中——正如愛因斯坦 1915 年的廣義相對論所描述的那樣。
最初沒有空間——只有一個個基本事件的網路，以及表達哪些事件是其他事件的直接原因的關係。事件流集體產生時空幾何形狀的平滑描述的概念必須出現——其中最重要的方面是定域性。距離的概念必須出現，並且以這樣一種方式出現，即彼此靠近的事件平均而言，相應地更有可能相互影響。正確理解這一點是量子引力理論家的聖盃。
請注意，如果這是正確的，則存在兩種定域性概念：一種基本定域性，它基於哪些基本事件是哪些事件的原因的實際事實；另一種近似的、集體的、湧現的定域性概念，即哪些事件在空間和時空中彼此靠近。熟悉的宏觀距離概念然後基於對無數基本因果過程的集體平均。為了瞭解這個平均值涉及多少，我們預計在每秒鐘內，每立方厘米的空間內會發生大約 10120 個基本事件。
事實上，接近量子引力的一種方法是旨在從熱力學定律中推匯出愛因斯坦方程，熱力學定律適用於無數基本事件的時空。馬里蘭大學學院公園分校的 Ted Jacobson 於 1995 年在一篇受到所有條紋的量子引力理論家欽佩的少數論文中介紹了這一策略。
但在這裡我們得到了一個驚喜，並且很可能是一個機會。因為集體的、大規模的鄰近概念旨在對應於基本因果關係概念，當在大量事件上平均時。這給了各個基本事件及其因果關係很大的自由來偏離平均值。
例如，讓我們挑選兩個基本事件，一個在您現在喝的咖啡杯中，另一個在比鄰星行星之一上的人們喝的任何東西的杯子中。這些事件可能相隔四光年——但沒有什麼可以阻止其中一個成為另一個的基本原因。
我們可以選擇這兩個事件，使它們在我們（或比鄰星人）測量時間時幾乎同時發生。因此，讓其中一個事件成為另一個事件的原因違反了愛因斯坦相對論的原理。但是，如果我們認為相對論定律是支配集體大規模平均值的湧現規律，則不必存在矛盾。這正是我們將熱力學定律視為從大量原子的平均值中產生的，這些原子遵循不同的定律。
當定律從統計平均值中湧現出來時，總是會有相對罕見的事件，其中單個原子違反了平均而言成立的規則。我們稱這些為漲落。一個很好的例子是原子集合在冷卻時形成規則晶體圖案的趨勢。但是，原子有時會最終出現在錯誤的位置，破壞晶體排列的美麗對稱性。我們說圖案變得無序了。
然後，我可以總結我一直在講述的故事，即當定域性和空間本身從對涉及無數個別事件的基本過程進行平均時湧現出來時，定域性不可避免地會變得無序。大多數情況下，影響將是區域性的，因為大多數時候，因果相關的事件最終會在我們稱之為空間的湧現粗略描述中彼此靠近。但是，會有許多對事件是因果相關的，但最終會彼此遠離——從而使空間和定域性無序。
定域性的這種無序是否可以解釋糾纏粒子中固有的量子非定域性？我相信答案是肯定的。事實上，我們已經證明這在量子力學的兩種不同基本完成模型中都是如此。
細節並不重要，尤其是在這個早期階段。但最重要的教訓是，物體由於在空間中彼此靠近而相互影響的直觀想法很快將成為另一種簡單的信念，當我們深入觀察時，這種信念會被證明是錯誤的。空間的平滑性很快將成為一種幻覺，它隱藏著一個微小而複雜的因果相互作用世界，這些相互作用不是存在於空間中，而是定義和創造空間，因為它們從現在創造未來。