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时间遭遇空前危机:在量子世界,时间没有意义?(4)

2018-10-11 09:40:24  环球科学ScientificAmerican    参与评论()人

更有望用作量子时钟的是空间自身的几何特性:当婴儿宇宙膨胀或黑洞形成时,监测时空的曲率变化。Kucha猜测这一特性即使在量子引力产生的极端环境中也能探测到。膨胀中的宇宙为这一机制提供了最简单的例证。将婴儿期的宇宙想象成一个不断膨胀的气球,一开始其表面弯曲得非常厉害,随着气球越来越大,其表面的曲率变得越来越小。Kucha解释说:“这一变化着的几何特性使得你能够辨明你所处的瞬间。”换句话说,这种几何特性可以被当作一种时钟使用。

不幸的是,迄今为止Kucha研究过的各类时钟针对同一系统分别得出了不同的量子表述和预测。Kucha解释道:“将任何一种时钟置于时空中,都可以拿来计算量子力学并得到的相对应的结果。但一旦你换了一种时钟,比如基于电场的,就会得到完全不同的结果。现在很难评判其中哪个是对的,亦或两者均不正确。”

不止如此,选用的时钟最后还必须不能被碾碎。量子理论认为空间被分割的程度存在一个极限。能够想象的时空量子颗粒最小直径是10-33厘米,也就是普朗克长度。在这个无限小的尺度内,时空曲率变得跳跃且不连续,时间和空间都开始离散化,并随着“不确定性泡沫”时隐时现。正如物理学家PaulDavies在《关于时间》(About Time)这本书中所写的,“你必须想象所有可能的几何结构——所有可能的时空,空间扭曲和时间扭曲交织在一起形成一种复合体,或者说是‘泡沫’”。

只有充分发展的量子引力理论才能展示在如此小的时空尺度下所发生的一切。Kucha推测,目前广义相对论中一些尚未发现的性质在这个尺度下不会发生量子涨落,而有可能是连续的。如果这一猜想成立,该性质便能够用作Kucha一直以来在寻找的时钟。Kucha怀着这样的希望继续探索着一个又一个可能。

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