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如果时空是“大块”呢?它将永远改变现实的本质。

(图片:)Shutterstock)

是我们的基本现实是连续的还是被分割成微小的、离散的比特

又问了一个问题,时空是平滑的还是厚实的?这个问题切入了物理学最基本的理论的中心,将空间和时间的方式与我们日常生活的物质联系在一起。然而,“KdSPE”“KdSPS”却不可能通过实验来检验空间和时间的本质。因为探测宇宙中如此微小的尺度需要极大的能量。直到现在。一组天文学家提出了一个雄心勃勃的新计划,利用一个微型宇宙飞船舰队来探测光速的细微变化,这是一些最令人费解的宇宙理论的标志。如果空间和时间真的被分解成小块,这项研究可能会为对现实的全新理解铺平道路。

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块状与光滑的

空间和时间是什么追溯到几千年前,我们的现代理解建立在两个奇怪的不相容的支柱上:量子力学和爱因斯坦的广义相对论。广义相对论中的

把空间和时间编织成时空的统一结构,这是支撑我们宇宙的四维阶段。这个时空是连续的,这意味着任何地方都没有间隙;它都是平滑的纹理。然而,时空不仅仅是我们扮演角色的平台,它也是一个参与者:时空的弯曲和扭曲给了我们重力的体验。

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在另一个角落,一套称为量子力学的规则控制着宇宙中非常微小的物体之间的相互作用。量子力学建立在这样一个观念之上:我们的日常经验中,并不是很多都是平滑、连续的,而是大块的。换句话说,它是量子化的。物质的能量、动量、自旋和其他许多性质都是以离散的小数据包的形式出现的,

更重要的是,量子力学本身也把自己分成了两个阵营。一方面,我们有日常生活中常见的粒子,如电子和质子,它们相互作用,做其他有趣的事情。很明显,它们很粗,因为它们是离散的“东西”。另一方面,我们有量子场。在亚原子世界中,每种粒子都有自己的场,它在整个时空中传播;当我们想到粒子时,我们会想到它们场中的微小振动,而这些振动又与其他粒子相互作用,并做一些其他有趣的事情。可以理解,这些区域非常平滑。

是时间和空间的

位,因此,我们有一些我们的宇宙和一些大块的宇宙的平滑图片。说到时空本身,我们可以很容易地想象,将量子力学的概念一直延伸到它们的逻辑结论,并判定时空是离散的:现实的结构就像电脑屏幕上的像素一样被分割,我们所体验到的是平滑的,连续运动不过是最小尺度上离散像素的网格。

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许多将量子力学和广义相对论结合在一起的理论,如弦理论和环量子引力,预测了某种形式的离散时空(尽管对这种块状的精确预测、解释和含义仍知之甚少)。如果我们能找到离散时空的证据,它不仅会彻底改写我们对现实的理解,而且会打开物理学革命的大门。

这种离散性只能以最微妙的方式显现出来;否则我们现在就已经发现了。各种各样的理论预测,如果时空确实是大块的,那么光速可能不是完全恒定的——它可能会根据光的能量发生微小的变化。高能光的波长较短当波长变得足够小时,它就能“看到”时空的块状。想象一下走在人行道上:用大脚走路,你不会注意到任何小的裂缝或隆起,但如果你有微小的脚,你会绊倒每一个小瑕疵,减慢你的速度。但这种转变是难以置信的微小;如果时空是离散的,那么它的规模比我们目前在最强大的实验中所能探测到的要小10多亿倍。

对圣杯

的探索进入了grail quest:伽马射线天文学国际空间时间量子探索实验室。一个天文学家小组针对欧洲航天局(ESA)提出的寻找时空新想法的呼吁,提交了这次任务的提案。他们的建议在arXiv数据库中有详细说明,这意味着该领域的同行尚未对其进行审查。

这里有一个独家新闻:为了观察光速是否随不同能量而变化,我们需要收集大量宇宙中最高能量的光,GrailQuest希望能做到这一点。

GrailQuest由一个小型、简单的航天器组成(确切的数目有所不同,如果卫星较大,只有几十个,如果卫星较小,则远远超过几千个),以持续监测天空中的伽马射线爆发。这些是宇宙中最强大的爆炸。就像他们的名字所暗示的,这些爆发释放出大量的高能光子,也就是伽马射线。这些伽马射线在到达宇宙飞船之前要经过数十亿年,飞船记录伽马射线的能量以及脉冲在飞船上冲刷时的时间差。

有足够的精度,GrailQuest也许能够揭示时空是否是离散的。至少,它有一个正确的设置:它正在检查最高能量的光(在预测时空是块状的理论中受影响最大);伽马射线已经传播了数十亿光年(允许这种影响随着时间的推移而累积);宇宙飞船简单到可以产生大量的能量(所以整个舰队都可以看到

如果GrailQuest要找到时空离散性的证据,我们对现实的看法会如何改变?这是不可能说的-我们目前的理论都是在地图上,当涉及的含义。但不管怎样,我们都得等。这一轮欧空局的提议是在2035年至2050年间的某个时候发射。当我们等待的时候,我们可以争论从现在到现在的时间是基本上平滑的还是粗短的。

宇宙中从大爆炸到现在的12个最奇怪的物体:我们的宇宙随时间的快照定义宇宙的大数字

保罗M萨特是俄亥俄州立大学的天体物理学家,主持问一个太空人和太空电台,以及你在宇宙中的位置的作者。

最初发表在《生活科学》杂志上。

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