时空是“破碎”的吗？量子引力理论知多少

量子科学实验卫星。（图片来源：新华网）

时间和空间一样，都是由一个一个最小的单位组成。如果有一架能够看到时空微观结构的“万能显微镜”，我们或许还可以看到时空的“原子”。

从感觉上来看，时间如流水一样连绵不断、一去不返，也正因如此，对人类而言，时间显得异常珍贵。但这一切都只是人们的直观感受，时间的本质到底是什么呢？人们真的可以穿越时光吗？时间可以停止吗？

目前，这些问题还没有定论,但可以尝试窥探一二，或者任意想象。

站的高，望的远。为了看清时间的本质，我们要站在成熟的科学理论之上。爱因斯坦的相对论是一个关于时空的宏观理论，该理论认为，物质的存在使得其周围的时空弯曲，时间和空间都是连续不断的。那么从微观看来，时空会是怎样的呢？

人们常把时间比喻成流水，但从微观角度来看，流水并不是连续不断的，而是由千千万万的水分子组成的。如果把流水放大去看，其实更像流沙——千万“颗”水分子的碰撞。再放大一些，还可以看到更小的原子、质子、电子等。那么，如果把时间和空间尽量放大，也会像流水那样有“时空原子”吗？

从微观角度来研究时空，便绕不开另一个理论——量子力学。量子力学认为，物质由最小粒子构成，构成单位不会无限细分下去，能量也有最小单位。

其实在物理学界，为了让物理学在微观和宏观上得到统一，科学家们也一直在致力于统一量子力学和相对论，而时空研究领域正是科学家统一这两大理论的战场。

有的科学家（如李·斯莫林，加拿大圆周理论物理研究所创办者）曾运用量子力学的标准方法来计算时空在微观尺度上的模样，其计算出的结果告诉人们：时空是离散的，在足够小的尺度上，时空也有它的“原子”，这就是圈量子引力理论。当然，现在定论为时尚早，预言需要实验来验证，就像量子力学和相对论曾经走过的路一样。

如今，科学家也已计算出了时间和空间量子单位，即不能再短的时间（10-43秒）和不能再小的空间（10-99cm3）。其中，这个空间被称为量子体积，具体有多小呢？打个比方，如果把一颗花生米放大到太阳系那么大，其中的量子体积才能增大到一颗中子那么大！

当然，量子体积肯定不会那么简单，其具体模样还未可知。时空是一体的，科学家们一直通过数学抽象用“泡沫”来描述时空的量子单位。那么，怎样检验圈量子引力理论呢？

早期的宇宙会爆发伽玛暴，短时间内可辐射出大量的伽马光子。根据圈量子理论，高能光子会比低能光子跑得快一点。虽然这个差异非常小，但光子在几十亿光年的“超长马拉松”中，高低能光子的速度差带来的效果已非常明显。如果人们检测到“同时起跑”的高低能光子到达地球的时间差，就可以验证圈量子理论。

在统一量子力学和相对论的战场上，圈量子理论和大名鼎鼎的弦理论是“竞争对手”，但目前这两种理论都没有足够的证据来证明自己的唯一性。科学凭实验事实说话，相对论在一百年后的今天仍然在用于实验验证，比如最近的引力波检测就是对相对论强有力的验证。

给科学时间，让我们耐心等待这场“战争”的最终落幕吧。（魏玲海）