丹·哈洛（Dan Harlow）花了很多时间在“飞旋镖”宇宙中思考。

麻省理工学院的物理学家正在寻找现代物理学中最大问题之一的答案：我们的宇宙如何遵守两个不兼容的规则手册？

第一个——物理学标准模型——是关于粒子、场和力的量子力学理论，以及它们相互作用以构建我们生活的宇宙的方式。第二个——爱因斯坦的广义相对论——描述了引力以及基本力如何将物质聚集在一起以构建行星、星系和其他大质量物体。

这两种理论在各自的领域都做得非常好。然而，爱因斯坦的理论在试图描述引力如何在量子尺度上发挥作用时就崩溃了，而量子力学在应用于巨大的宇宙维度时做出了扭曲现实的预测。一个多世纪以来，物理学家一直在寻找将这两种理论统一起来并弄清宇宙运转的真相的方法。

Harlow 怀疑在我们现有的宇宙中，任何连接线都可能太微妙而无法把握。相反，他正在寻找“回旋镖”版本的答案——一种自我折叠的替代现实，很像回旋镖的轨迹，而不是像我们实际的宇宙那样无休止地伸展和扩张。事实证明，这个回旋镖宇宙中的量子引力更容易理解，因为它可以使用称为全息对偶性的强大思想根据传统量子理论（没有引力）重新表述。这使得它更容易考虑，至少从理论的角度来看是这样。

在这种回旋镖环境中，哈洛做出了一些令人兴奋的、意想不到的启示。例如，他已经表明，描述重力在这个“玩具”宇宙中如何表现的方程式与控制量子纠错码的方程式完全相同，有望很快用于构建真实世界的量子计算机。描述引力的数学应该与保护量子计算机中的信息有任何关系，这本身就是一个惊喜。这两种现象共享相同的物理学，至少在这个替代宇宙中，这一事实表明爱因斯坦的理论与真实宇宙中的量子力学之间存在潜在联系。

Harlow 于 2014 年在普林斯顿大学做博士后时发现了这一发现，引发了对量子引力和量子信息论研究的新探索。自 2017 年加入麻省理工学院和理论物理中心以来，哈洛一直在寻找广义相对论和量子力学之间的基本联系，以及它们如何在黑洞和宇宙学的背景下相交。

“一件有趣的事情是，尽管在物理学和更广泛的科学领域，我们都在研究不同的系统和实验，但许多想法是相同的，”2022 年获得终身教职的副教授哈洛说。 “所以，我试着保持开放的心态，保持警惕，寻找事物之间的关联。”

“人本主义哲学”

Harlow 出生于辛辛那提，小时候随家人搬到波士顿，他在那里度过了几年，然后全家再次搬家，在芝加哥扎根。10 岁时，他开始学习钢琴，最初专注于古典音乐，然后是摇滚乐。在初中时，他在各种乐队中演奏键盘，然后在更宽松、更即兴的爵士乐中找到了自己的最佳状态。

“我喜欢坐下来和人们一起玩，看看事情会发生什么，”哈洛说。

高中毕业后，他对爵士乐的热爱在一定程度上吸引了他来到纽约市，在那里他就读于哥伦比亚大学，而哥伦比亚大学恰好靠近纽约市一些最好的爵士乐俱乐部。该大学要求学生阅读文学和哲学经典著作的核心课程也很有吸引力。

“不读《伊利亚特》就无法从哥伦比亚大学毕业，”Harlow 说。“这为您提供了一个可以讨论的共享社区。我喜欢驱动这个地方的人文主义哲学。即使我选择成为一名物理学家，我仍然会有这种更广泛的文化体验。”

Harlow 在校园的一个实验宇宙学实验室担任本科生研究助理三年，在那里他学会了在洁净室工作并运行模拟以提高过滤器的性能，这些过滤器旨在挑选出从宇宙中遗留下来的细微辐射迹象。大爆炸。

Harlow 特别赞赏实验室负责人 Amber Miller 的总体方法，他当时是一名初级教员。

“她管理团队的方式非常棒，她不会太在意出版物或在短时间内完成工作，”Harlow 回忆道。“她只是让我们玩。”

开放式问题

探索新想法的精神自由将伴随哈洛的整个职业生涯。2006 年，他从哥伦比亚大学西行去了斯坦福大学。在物理系，他发现自己与理论物理学家、弦理论研究的领军人物 Leonard Susskind 教授最为契合。

“他强烈希望找出不重要的事情并将它们搁置一旁，这样你就可以专注于问题的本质——这也是我尝试思考的方式，”哈洛说，他最终选择了苏斯金德作为他的顾问. “莱尼说，'做任何你想做的事，我会和你谈谈。'”

通过这个公开邀请，Harlow 密切关注 Susskind 小组内部的对话，以了解该领域的重大问题。他听到的是一个将影响他余下研究生涯的问题：在宇宙学的背景下如何将量子力学与广义相对论联系起来的问题，以及科学家对宇宙大尺度结构和演化的理解。

为了寻找答案，哈洛阅读了他能找到的关于这两种理论的一切资料。他的阅读还涉及量子信息科学——主要是一个侧重于将量子力学和信息论原理应用于量子计算机研究和开发的领域。  

“每当我暗示某些工具对我试图解决的问题很重要时，我就会学到比我认为需要的更多的东西，”Harlow 说。“通常情况下，这种投资会得到回报。”

在斯坦福大学结束时，哈洛决定“艰难地转弯”，从宇宙学转向黑洞，他认为黑洞是一个更简单的系统，可以研究连接量子力学和广义相对论的任何基本线索。

2012年，他回到东部普林斯顿进行了为期三年的博士后研究，期间开始探索引力黑洞的量子行为。为了简化问题，他在“回旋镖”宇宙中这样做——物理学家称之为“反德西特空间”，以研究宇宙曲率的物理学家的名字命名。当 Harlow 阅读更多关于量子信息的内容时，他注意到并最终证实了黑洞周围的引力物理学与旨在保护信息的量子纠错码之间出乎意料的重叠。

“那是一个非常具有探索性、变革性的时期，”哈洛说。“我仍在探索我在那里开始的许多道路。”

在哈佛大学攻读第二个博士后后，Harlow 于 2017 年作为初级教员加入麻省理工学院，在那里他继续在量子引力和量子信息科学的研究中建立令人惊讶的联系。在研究所，以及更广泛的理论物理学领域，他享有一种对权威的学院式的、富有成效的蔑视。

“这是一个社区，在这里我可以找到世界上最著名的理论物理学家，告诉他们他们错了，如果我有争论，他们会听我的，”Harlow 说。“人们是开放的。有一个核心共识，重要的是我们找到正确的答案。谁找到它并不重要。”

自从来到麻省理工学院以来，Harlow 的成就包括证明对量子引力的可能对称性存在严格限制，对引力系统中能量的本质有更深入的理解，以及理解量子力学黑洞内部的具体数学框架。

除了研究之外，Harlow 还致力于将更多不同的声音和观点带入物理学领域。除了麻省理工学院以外的指导和宣传工作外，他还在物理系内开展一项计划，每年夏天邀请来自弱势群体和贫困背景的学生到麻省理工学院进行物理研究。

“不幸的是，物理学仍然相当白人和男性，让更广泛的人类更欢迎和接触它是我未来的优先事项之一，”他说。

展望未来，Harlow 正在考虑在他的研究道路上进行一个新的转变，或许是减少对全息宇宙中黑洞的关注，而更多地关注宇宙学，以及我们实际宇宙的量子结构和演化。

“我在反德西特领域生活了很长时间，”Harlow 说。“那很好，但我也想了解我们生活的世界。那应该很有趣。”