时空真的是离散的吗?

你了解我们生活的世界吗?我们的宇宙是完美无瑕的?还是满是裂痕,由片段的微小时空所组成?这是一个人类思考了几千年的问题,从公元前的芝诺悖论,到今天物理学界两大理论量子力学和广义相对论,这场争论还没有结束。

近期,意大利物理学家Luciano Burderi及其团队想出了极具野心的方法来验证这一千古难题。

时空真的是离散的吗?

不同波段的电磁波

广义相对论由20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦提出,该理论建构由时间与空间交织出绵源不绝的四维连续时空,百年来各项观测实验不断提供验证,包含2017年诺贝尔物理学奖获奖的重力波观测。广义相对论无疑已是当代科学的一大基石,但说到基石,怎么能不提史上最成功的科学理论量子力学呢?量子力学以其违反直觉的各项特性得名,如波粒二象性、测不准原理等,在原子尺度下的微观世界,许多物理量表现出了像一个一个封包的离散性,能量、动量甚至时间都有最小尺度的单元。数十年来科学家尝试整合两大理论,我们有一些很棒的结果,像弦论、迴圈量子重力,可惜还算不上胜利的果实,若能以实验直接检测时空的离散性,不论结果与否必将为科学界带来革命。

如果时空有最小尺度,普朗克尺度可能是最大的单位。我们可以测量光速在非常短波长的电磁波中是否有变异,有点像人类的大脚在马路上行走很平顺,但对蚂蚁来说可能像在崎岖的岩岸上一样难以前行,超高能的电磁波波长非常短,可能会被时空的皱褶给拖慢速度。但很不幸地,一个普朗克长度大约为1.616 × 10-35公尺,我们的实验室远远无法制造出足够高能的光线来验证这样微小的尺度,不过宇宙就是最危险的实验室,伽玛射线暴(GRB)是我们所知最剧烈的单一事件,像这月21日NASA发布的GRB 190114C纪录,远在50亿光年外的射源,数秒间释放了太阳100亿年的辐射量,将来这样的事件或许可以用来检测伽玛射线是否有被时空的离散性给影响。

NASA

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2021-04-09 原文

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