科学家曾提出了一个问题:咱们的根本实际到底是接连的仍是被分割成细小的、离散的部分?换句话说,时空是滑润的仍是粗糙的?说实话,这样的一个问题现已不是咱们常人所能了解的规划,它触及了物理学最根本理论的中心,将空间和时刻与咱们日常存在的物质联络在一起,这是十分艰深的一门理论!
但是,在实际日子中,咱们想要用试验测验空间和时刻的实质是不或许的,由于勘探世界中如此细小的标准需求极点的能量。直到最近,一组天文学家提出了一项革新性的新方案,他们将使用一组微型世界飞船来勘探光速的纤细改变,以此来证明空间和时刻的确被分解成小块,这项研讨或许为对实际的全新了解铺平道路,换句话说,这个理论一旦被证明将推翻现有理论。当然,大多数人仍然是云里雾里,别急,咱们首要来了解一下时空。
时空
“什么是空间和时刻?”这样的一个问题可以追溯到几千年前,咱们现代的了解建立在两个互不相容的理论系统上:量子力学和爱因斯坦的广义相对论。
在广义相对论中,空间和时刻被编织成一致的时空结构,用以描绘咱们的世界的四维阶段。这儿的时空是接连的,这在某种程度上预示着任何地方都没有空地,很润滑。但是,时空能做的不单单是如此,它还会曲折,而曲折的时空是引力的来历。
在另一个系统中,一组被称为量子力学的规矩操控着世界中十分细小的事物之间的相互作用。量子力学依据这样一种观念,即咱们日常日子中的大部分工作并不是滑润接连的,而是粗糙的。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离散的小块。
更重要的是,量子力学自身也分裂成两个阵营。一方面,咱们有咱们日常日子中了解的粒子,比方电子和质子,它们相互作用并做其他风趣的工作。这些显然是十分粗糙的,由于它们是离散的“事物”。另一方面,咱们有量子场。在亚原子世界中,每一种粒子都有自己的场,场在时空中传达,当咱们勘探到粒子时,咱们实际上勘探到的是它们场中的细小振荡,这些振荡反过来又与其他粒子相互作用,并做一些其他风趣的工作。
时刻和空间的碎片
广义和量子就像电脑像素的差异,远远看去十分润滑,实际上当你扩大到极致时却发现很粗糙。有许多将量子力学和广义相对论结合在一起的理论,如弦理论和圈量子引力理论,它们猜想了某种方法的离散时空。假如咱们能找到离散时空的依据,它不只将彻底改写咱们对实际的了解,并且还将敞开物理学的一场革新。
当然,时空的离散只能以最奇妙的方法表现出来,不然早就被科学家发现了。实际上各式各样的理论猜想,假如时空的确是离散而粗糙的,那么光速或许不是彻底稳定的,它或许会依据光的能量发作细小的改变。高能量的光有较短的波长,当波长变得满足小时,它可以“看到”时空的粗糙。幻想一下走在人行道上,你的脚很大,你就不会注意到任何小的裂缝或波动,但假如你的脚很小,你会被每一个小坑绊倒,让你的速度慢下来。但在时空中这种改变十分小,假如时空是离散的,它的规划至少比咱们现在在最强壮的试验中勘探到的要小十亿倍,也便是说咱们在试验的细节上还需求在准确十亿倍以上!那么真的会有这样的试验吗?
寻觅圣杯:完成张狂的主意
为了完成这张狂的主意,也为呼应欧洲航天局(ESA)提出的寻觅时空的新主意,一组天文学家提交了这项使命的主张,并方案在用于时空量子探究的伽马射线天文学世界试验室---GrailQuest(寻觅圣杯:圣杯意为巴望但永久得不到的东西;尽力寻求但永久不或许完成的方针)中完成这张狂的主意,不过这一主意仍在上呈中。
“寻觅圣杯”由一组数量巨大的小型、简略的世界飞船组成,它可以继续监测天空中的伽马射线暴。这些射线暴是世界中最强壮的爆破,这些迸发释放出很多的高能光子,也便是伽马射线。这些伽马射线在抵达世界飞船之前,要通过数十亿年的时刻。世界飞船会记录下伽马射线的能量,以及当伽马射线在世界飞船上爆破时所发生的时刻差。假如有满足的准确度,“寻觅圣杯”或许将可以提醒时空是否是离散的本相。
科学家表明,假如“寻觅圣杯”可以找到时空离散性的依据,咱们对实际的概念将会呈现天翻地覆的改变,乃至咱们当时的理论或许是彻底过错的。但无论如何,咱们都要等候。这一轮的ESA提案将在2035年到2050年之间的某个时刻推出。在等候的过程中,咱们只能猜想这一本相的或许性。