美科學家研究發現“時空泡沫的大小遠超預測”

美國科學家近日使用X射線和伽馬射線觀測技術研究了宇宙中最遙遠的物質，發現時空泡沫的直徑大約是氫原子核的千分之一，比之前預測的要大得多。他們的研究結果給時空的量子本質或“泡沫性”劃定了一條底線。相關研究發表在《天體物理學》雜志上。

據物理學家組織網報道，這項研究綜合了美國航空航天局(NASA)的錢德拉X射線天文臺和費米伽馬射線太空望遠鏡以及超高能輻射成像望遠鏡陣列系統(VERITAS)的觀測結果。

時空，也就是三維空間乘以時間，看起來是平滑而不具備任何結構的。然而科學家用量子力學理論預測，時空不是平滑的，它像泡沫一樣，不斷地波動著，包含許多小的、不斷變化的部分——在這里空間與時間并沒有明確的界限，而是不斷變換的。這就是所謂的時空泡沫。

“理解時空泡沫的一種方法是想象你坐在飛機上飛越海洋，海洋看起來是完全平滑的。但是，如果飛機飛得足夠低，你可以看到波浪，再低一些，你就可以看到泡沫，以及泡沫里不斷顫動的微小氣泡。”論文第一作者、佛羅里達理工大學的埃里克·伯爾曼說，“而我們的研究，就像坐在一架飛得極高的飛機上，試圖觀察那些原子級別的泡沫。”

科學家曾預測，時空泡沫大概是氫原子核直徑的億分之一，因此它是無法被直接探測到的。然而，如果時空確實具有泡沫性結構，而且這些泡沫是不斷變化的，那么它們的大小應該是有邊界的，因為只有這樣，距離才可以被測量。

該科研團隊使用對遙遠類星體的X射線和伽馬射線的觀測結果來檢驗時空泡沫的理論模型。他們假設，對于穿越數十億光年的光源來說，距離不確定性的積累，會導致這個光源影像質量下降，以至于這種物質無法被探測到，而影像消失之時的波長受所使用的時空泡沫理論模型影響。

錢德拉X射線天文臺對數十億光年以外的類星體的觀測排除了一種理論模型。這種理論模型認為光子在時空泡沫中隨機擴散，就像光在霧中擴散一樣。費米伽馬射線太空望遠鏡以及VERITAS對類星體較短的伽馬射線光波的探測證明，第二種所謂的“宇宙全息模型”也行不通。

“我們發現這些數據可以排除關于時空泡沫的兩種理論。”項目參與者、北卡羅來納州立大學的杰克·尼格說。他們的研究發現，時空并不像一些理論模型預測的那樣泡沫化——時空泡沫的直徑大約是氫原子核的千分之一，比之前預測的要大得多。(記者劉園園）