时空来源未解之谜物理学对时空起源的探索
今年,乌拉圭大学物理学家鲁道夫·甘比尼和美国路易斯安那大学的乔奇·普林也报告了相似的黑洞模拟。他们发现,当一个观察者深入到黑洞核心时,遭遇到的不是奇点,而是一条狭窄的时空隧道,通向空间的另一部分。
“排除了奇点问题是一项重大成就。”阿什特卡说,他正和其他研究人员一起辨认那些留在宇宙微波背景上的特征标志。宇宙微波背景是宇宙在婴儿时期迅速膨胀残留的辐射。那些标志则可能是由一次反弹留下来的,而不是爆炸。
圈量子引力论还不是一个圆满统一的理论,因为它没有包括任何其他的力,而且物理学家们也还没能说明,正常时空是怎样从这种信息网中出现的。对此,德国马克思·普朗克万有引力物理学研究所的丹尼尔·奥利提希望在凝聚体物理学中寻找灵感。他在物质的过渡阶段生成了一种奇异相态,这种相态可以用量子场论来描述。宇宙可能也经过类似的变化阶段,奥利提和同事正在寻找公式来描述这一过程:宇宙怎样从一系列离散的圈过渡到光滑而连续的时空。“我们的研究还处在初期阶段,还很困难。我们就像是鱼,游在难以理解的时间之流的最上游。”奥利提说。探索的艰难使一些研究人员转而追求另一种更抽象的过程,由此提出了著名的因果集合论(causal set theory)。
因果集合论
因果集合论由加拿大周界研究所物理学家拉斐尔·索尔金创立。该理论提出,构成时空的“基本之砖”是简单的数学上的点,各点之间由关系(links)连接,每个关系指示着从过去到未来。这种关系是因果性表现的本质,意味着前一个点会影响后一个点,但反过来不行。最终的因果网就像一棵不断生长的树,逐渐形成了时空。“你可以想象为,时空是由于这些点而出现的,就像温度是由于原子而出现的那样。”索尔金说,“但要问‘一个原子的温度是多少?’是没有意义的,要有一个整体的概念才有意义。”
上世纪80年代末时,索尔金用这一框架估算了可见宇宙可能包含的点的数量,推导出它们应该能产生一种小的内在能量,从而推动宇宙加速膨胀。几年后,人们发现宇宙中存在一种暗能量,证实了他的猜想。“通常人们认为,从量子引力做出的预测是不可检验的,但这种情况却可以。”伦敦帝国学院量子引力研究员乔·汉森说,“如果暗能量的值更大,或是零,因果集合论就成为不可能。”
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