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时空来源未解之谜物理学对时空起源的探索

查看:797 / 更新:2022-04-11 12:17

  其他物理学家也在寻求实验的证明。比如在2012年,奥地利维也纳大学和英国伦敦帝国学院的科学家提出了一项“桌面实验”,实验中用到一种能在激光驱动下来回运动的显微镜。他们认为,当光从镜面反射时,普朗克尺度的时空间隔会产生能探测得到的变化。

  圈量子引力

  即使这种理论是正确的,从热力学的角度来看,时空的基本构成也可能什么都不是。姑且这么说,如果时空由某种东西编织而成的,那织造它的“线”又是什么?

  目前一个还算实际的答案就是圈量子引力(loop quantum gravity)理论。该理论是上世纪80年代中期由阿什特卡等人发展而来,将时空构造描述为就像一张展开的蜘蛛网,网线上携带着它们所通过区域的量子化的面积和体积信息。每根网线的末端最终一定会连在一起而形成圈状——正如该理论的名字——但这与更著名的弦理论的“弦”没什么关系。弦理论的“弦”在时空中来回运动,而圈量子引力的“网线”则构成了时空本身:它们携带的信息定义了周围时空构造的形状。

  由于这种圈是量子的,所以该理论也定义了一个最小面积单位,非常类似于在普通量子力学中,对氢原子一个电子的最小基本能量态的定义。这种面积量子是大约一个普朗克单位那么大的一个面。要想再插入一根面积更小的“线”,它就会跟其余的“网线”断开。它不能与任何其他东西连接,只好从时空中退出。

  定义了最小面积带来了一个令人欣慰的结果,就是圈量子引力不能被无限挤压到一个无限小的点。这意味着在大爆炸瞬间以及在黑洞中心,它不会产生那种打破爱因斯坦广义相对论方程的奇点。

  2006年,阿什特卡和同事报告他们利用这一优势进行了一系列模拟,他们用爱因斯坦方程的圈量子引力版本反演了时钟倒转,以可视化形式展示了大爆炸之前发生了什么:宇宙如预期那样反向演化,回溯到大爆炸时。但在它接近由圈量子引力决定的基本大小极限时,一股斥力进入奇点迫使其打开,成为一个隧道,通向另一个先于我们宇宙之前而存在的宇宙。

标签:未解之谜