時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎

自從牛頓發現了萬有引力之後,科學家就一直致力於對它的研究。在牛頓引力定律之中,引力隨著距離的平方而成比例的減小。例如,距離增加兩倍,則引力減小4倍;距離增加四倍,引力減小十六倍。但是更進一步的研究發現,這種距離平方的反比定律並不是在任何地方都是準確的,比如在太陽和黑洞這種大質量天體附近。在太陽系之中,水星是離太陽最近的行星,所以這種不精確性就比較明顯,科學家發現它的軌道不像牛頓引力定律預測的那樣是一個封閉的橢圓。

愛因斯坦的廣義相對論是我們理解引力的更先進的途徑,通過這種棘手的數學計算,我們知道了一種叫做“時空”的東西,一種四維結構(三維空間和一維時間)編織而成的一種結構。廣義相對論告訴我們,引力是有質量物體附近被彎曲的時空造成的。簡單來說,物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。通過使用廣義相對論,我們可以很輕鬆地解決牛頓引力無法解決的水星進動問題。


時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎

連續或離散

數十年來,科學家已經利用多種現象證明愛因斯坦廣義相對論的正確性。但是,為了讓廣義相對論的數學原理起作用,這個時空必須在小尺度上絕對光滑。不管你放大多少倍,時空都必須像一件新熨過的襯衫一樣沒有褶皺。它也必須沒有孔洞、沒有裂縫、沒有纏結。沒有這種平滑性,引力的數學運算就會簡單地崩潰。

但廣義相對論並不是唯一解釋時空的理論,我們還有量子力學以及它的繼承者量子場論。在量子世界裡,一切微觀的東西都是由隨機決定的。粒子可以在一瞬間出現和消失。能量場可以用它們自己的意志擺動和振動。沒有什麼是可以確定的。

時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎

因此,正如物理學家約翰·惠勒指出的那樣,如果我們把時間縮小到儘可能小的尺度,比如所謂的普朗克長度,時空就不應該看起來是平滑的。相反,它應該是一團翻滾、混亂的小塊。所以時空應該是充滿空洞和縫隙的,只不過在宏觀世界中我們觀察不到而已。就像一張桌子,它看似非常光滑,實際上它是由許多分子組成,而分子之間卻充滿空隙。

連續並離散

有人認為要麼廣義相對論是正確的,時空是連續的;要麼量子力學是正確的,時空是離散的。但是,科學家表示,這兩種時空觀可以是同時正確的。就像光可以同時是波也是粒子一樣,即所謂的波粒二象性。物理學家認為,最終的答案在於兩種觀點的結合,即所謂的量子引力。所以如果我們能打開時空,看看最微小的尺度,也許我們能得到一些線索,知道到底發生了什麼。


那麼如何檢驗呢?科學家認為如果時空是連續的,光不會受到任何影響。如果時空是離散的,一速光通過後將會遇到各種微觀上的顛簸。不過這種微小的效應在實驗室是測不出來的。但是,我們可以利用宇宙中的天體做實驗,利用180億光年之外的星雲,但是目前還沒有符合的。

時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎

毫無疑問,這是個諾貝爾獎級別的研究,誰把它研究清楚了就有機會獲得諾貝爾獎。


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