上世纪90年代初，当我第一次了解到量子现象——非定域性时，我还是一名研究生。但我没有从我的量子力学教授那里听说过:他甚至认为提都不合适。在当地一家书店浏览时，我读到一本新出版的著作《意识的宇宙》(The Conscious Universe)，该书宣称“此前没有任何发现比非定域性对我们的日常现实感构成更大挑战”，杏耀游戏玩家这让我大吃一惊。这种现象有种禁果的味道。
在日常用语中，“locality”是一个有点自命不凡的词，指的是某个社区、城镇或其他地方。但是它最初的意思，可以追溯到17世纪，是关于“地方”的概念。意思是每样东西都有它的位置。你可以指着一个物体说:“它在这儿。”“如果你不能，那东西就一定不存在。如果你的老师问你的作业在哪里，而你说哪里都没有，你就得解释一下。
我们所经历的世界具有地域性的一切特征。我们有强烈的地方感和地方之间的关系。我们感受到了与所爱之人分离的痛苦，也感受到了与我们想要影响的事物相距甚远的无能为力。然而，物理学的多个分支现在表明，在更深的层次上，可能不存在“地点”这种东西，也不存在“距离”这种东西。物理实验可以把两个粒子的命运联系在一起，使它们像一对魔法硬币一样运动。如果你翻转它们，每一个都会头朝上或尾朝上——但总是和它的伙伴站在同一边。即使没有任何力量通过它们之间的空间，它们也以协调的方式行动。这些粒子可能会飞向宇宙的两端，但它们的运动仍然是一致的。这些粒子打破了地域限制——它们超越了空间。
显然，大自然已经达到了一种奇特而微妙的平衡:在大多数情况下，它服从地方性，如果我们要生存，它就必须服从地方性，然而，它在它的根基上却有一点非地方性的迹象。对于那些研究,非定域性的母亲所有物理谜语,涉及广泛的横截面的奥秘,物理学家们面对这些日不只是古怪的量子粒子也是命运的黑洞,宇宙的起源和本质的基本统一。
在20世纪的大部分时间里，量子纠缠——粒子特有的同步性——是唯一值得提及的非定域性类型。爱因斯坦称这种现象为“幽灵般的远距离作用”。但物理学家逐渐意识到，其他现象也令人怀疑地令人毛骨悚然。
例如，爱因斯坦创立了他的广义相对论——它为我们提供了对万有引力的现代理解——明确的目的是将非定域性从物理学中剔除。牛顿(Isaac Newton)的万有引力在一定距离之外产生了作用，就像施了魔法一样，而广义相对论(general relativity)通过证明时空的曲率(而不是一种看不见的力)产生了万有引力，将万有引力分成了两半。但无论爱因斯坦的意图是什么，他的理论在物理学家使用时开始显露出不同的一面。引力的作用被证明是由非局域现象引起的。
秋天的一天，我和加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)的物理学家唐·马洛夫(Don Marolf)坐在校园的学生活动中心，一边吃着沙拉，一边眺望着泻湖，讨论着万有引力的问题。但是坚持下去。我怎么知道我是在秋天的某一天坐在加州大学旧金山分校的学生中心?局部性原则说我有一个位置，学生中心有一个位置，当这两个位置重合时，我就在那里。我手机上的GPS坐标与中心的坐标相匹配，日期与墙上的日历相匹配。但是这个看似简单的程序在检查中是站不住脚的。“要问关于这里的问题，我们应该知道‘这里’是什么意思，而这并不容易做到，”Marolf说。
一个明显的问题是，加州的构造活动非常活跃。圣巴巴拉所在的地壳板块正以每年几英寸的速度向西北方向移动，相对于北美其他地区以及美国的经纬度坐标。所以学生中心没有固定的位置。如果我几年后再回到这里，回到同样的坐标，我就会发现自己正坐在那个泻湖上。测绘公司必须定期重新测量构造带，以解释这种运动。
你可能会认为学生中心仍然有一个绝对意义上由空间本身定义的位置。然而，空间和时间并不比构造板块更稳定。它们可以滑动、隆起和弯曲。当一个巨大的物体发生移动时，它会在时空连续体中发出震动，对其进行重新修正。因此，即使构造板块保持不变，自助餐厅的位置也可能改变。根据爱因斯坦的广义相对论，这个过程，而不是牛顿在距离上的神秘作用，是引力从一个地方传递到另一个地方的方式。就像地质震动一样，引力波以一定的有限速度传播——也就是光的速度。
为了把握时空的重塑，我们的思维必须克服一个抽象的障碍。时空并不像地质景观那样清晰可见。我们看不见它，更不用说辨别它的形状了。然而，我们还是间接地瞥见了一些端倪。在空间中自由移动的物体，不受其他物体的阻碍，就像雨点划过汽车挡风玻璃，显示出玻璃的曲线:它们勾勒出空间的形状。例如，天文学家经常观察到星光的光线，它们开始是平行的，经过一个巨大的质量团，如太阳，然后相交。描述这种效应的教科书和文章经常说，太阳的引力使光线弯曲，
，但这并不完全正确。光线是笔直的。太阳真正做的是改变了几何规则——即扭曲空间——使平行线能够相交。
空间和时间的变形不仅仅是奇异的物理现象。它支配着任何下落物体的运动。棒球、酒杯、昂贵的智能手机:从你手中滑落的东西会向地面加速，因为地球的质量扭曲了时间。(在这些情况下，空间的扭曲只起了很小的作用。)“向下”的定义是时间流逝得更慢的方向。海平面上的时钟比德纳里山顶上的时钟走得慢;绑在脚踝上的手表会落在手腕上的手表后面。从人类的角度来看，这些偏差最多不过是万亿分之一的小部分，但足以解释物体加速的速度。当你看到一个苹果从树上掉下来，你是看着它滚过时间的轮廓。
虽然时空的形状变化可以解释牛顿所说的那种非定域性，但它产生了一种新的变化。它来自相对论的核心创新:没有时空之外的地方，没有外在的或绝对的标准来评判它。这个看似不言自明的命题有着显著的后果。这意味着时空不仅会扭曲，而且还会失去许多与之相关的品质，包括定义位置的能力。
否认上帝的观点，Marolf说，“是非常微妙的，而且，说实话，爱因斯坦很长一段时间都不理解它。”以前的空间概念，包括牛顿甚至爱因斯坦自己的早期思想，都假设空间有一个固定的几何结构，它会让你想象从空间上升并向下看它。事实上，爱因斯坦曾一度认为，必须有一个绝对的参考点，否则空间的形状就会变得模糊不清。
为了理解为什么会产生这种模棱两可的感觉，杏耀注册考虑一下我们在日常生活中是如何体验地理的。我们可能会认为有一个独特的“真实”形状的景观-什么谷歌地球显示-但在实践中，形状是由经验，是嵌入在该景观，这种经验可以变化。一个学生考试迟到，一个运动员扭伤了脚踝蹒跚而行，一个教授和同事一边谈话一边散步，还有一个骑自行车的人对着行人大喊让他们让开，这些都会让你看到非常不同的校园。对一个人来说很短的距离对另一个人来说似乎是无尽的跨越。当我们避开高处的视野时，我们就不能再对什么是什么是什么做出明确的表述。
在1915年的一次顿悟中，爱因斯坦意识到模棱两可不是一个错误，而是一个特征。他指出，无论如何，我们从来没有观察到有绝对位置的地方。相反，我们根据对象之间的相对排列来分配位置，而且——最重要的是——这些相对位置是客观的。在大学校园里漫步的每个人都会认识到地点的基本顺序。他们将把加州大学的学生中心和泻湖并置，而不是把它们放在校园的两边。如果在保持这些关系的同时，地貌发生弯曲或流动，居民们永远也不会知道。时空也是如此。不同的观察者可能把一个地方归为不同的地点，但他们会就地方之间的关系达成一致。这些关系决定了所发生的事件。马洛夫告诉我:“如果乔治和唐在《第一个时空》中午的某个咖啡馆相遇，他们也会在《时空重组》中相遇。”只是在第一种情况下，它会发生在点B，而在重组的情况下，它会发生在点a
那么，自助餐厅就位于A、B、C、D或e的位置，有无限个可能的位置。当我们说它位于这样或那样的地方时，我们实际上是在使用它与其他地标之间关系的一种简写。由于缺乏明确的坐标，自助餐厅必须由内部和周围的事物来定位。要找到它，你需要在世界各地寻找一个地方，那里的桌子、椅子和沙拉吧都摆放得很整齐，还有一个露台可以俯瞰沐浴在南加州金色阳光下的泻湖。学生中心的位置不是中心的财产，而是它所属的整个系统的财产。“你问的问题原则上是指整个时空，”Marolf说。
局部测量的模糊性是一种非局部性。首先，像能量这样的量不可能存在于任何特定的地方，原因很简单，因为根本就不存在特定的地方。你不能确定一个位置，就像你不能在海上插一面旗子。空间中的点是不可分辨和可互换的。因为它们没有任何区别属性，所以无论世界是由什么组成的，都不能停留在点上;空间无法支持任何局部结构。重力量必须是整个时空的整体特性。
此外，空间的多重等效形状由引力场的不同构型来描述。在一种配置中，电场可能在一个地方比在另一种配置中施加更大的力，通过补偿其他地方的变化来维持对象的相对排列。引力场中的点必须相互连接，这样它们才能在整体上产生相同的物体内部排列。这些联系违反了空间中个别地点独立存在的原则。Marolf是这样说的:“任何引力理论都不是局部场论。即使是经典的约束方程。时空中这一点的场和这一点的场不是独立的。”
在大多数情况下，我们可以忽略这种非局部性。您可以指定一些可用的物质块作为参考点，并使用它来锚定坐标网格。令圣巴巴拉人懊恼的是，你可以把洛杉矶作为宇宙的中心，并以此来定义其他所有地方。在这个框架中，你可以在对空间根本无法划分位置的无知中幸福地工作。“一旦你做到了这一点，物理学看起来就像是局部的，”Marolf说。“引力的动力学是完全局部的。物体以连续的方式运动，受到光速的限制。但引力的性质仍然只是“伪局部的”。“非定域性总是存在的，潜伏在地表之下，在诸如黑洞这样的极端环境下出现。
简而言之，爱因斯坦的理论在某种程度上比牛顿的引力理论更加微妙和阴险。牛顿引力作用于一定距离，但至少它是在绝对空间的框架内起作用的。爱因斯坦的引力没有这种神奇的元素;它的影响以光速波及整个宇宙。但它破坏了这个框架，违反了爱因斯坦最基本的观念:即所有事物都有一个位置。广义相对论混淆了我们对空间的直观理解，使我们把空间看作是物质物体所居住的容器，并迫使我们去寻找一个全新的空间概念。
