美國科學(xué)家近日使用X射線和伽馬射線觀測(cè)技術(shù)研究了宇宙中最遙遠(yuǎn)的物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)時(shí)空泡沫的直徑大約是氫原子核的千分之一，比之前預(yù)測(cè)的要大得多。他們的研究結(jié)果給時(shí)空的量子本質(zhì)或“泡沫性”劃定了一條底線。相關(guān)研究發(fā)表在《天體物理學(xué)》雜志上。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，這項(xiàng)研究綜合了美國航空航天局(NASA)的錢德拉X射線天文臺(tái)和費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡以及超高能輻射成像望遠(yuǎn)鏡陣列系統(tǒng)(VERITAS)的觀測(cè)結(jié)果。

　　時(shí)空，也就是三維空間乘以時(shí)間，看起來是平滑而不具備任何結(jié)構(gòu)的。然而科學(xué)家用量子力學(xué)理論預(yù)測(cè)，時(shí)空不是平滑的，它像泡沫一樣，不斷地波動(dòng)著，包含許多小的、不斷變化的部分——在這里空間與時(shí)間并沒有明確的界限，而是不斷變換的。這就是所謂的時(shí)空泡沫。

　　“理解時(shí)空泡沫的一種方法是想象你坐在飛機(jī)上飛越海洋，海洋看起來是完全平滑的。但是，如果飛機(jī)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(dòng)的微小氣泡。”論文第一作者、佛羅里達(dá)理工大學(xué)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(jī)上，試圖觀察那些原子級(jí)別的泡沫?！?/p>

　　科學(xué)家曾預(yù)測(cè)，時(shí)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(cè)到的。然而，如果時(shí)空確實(shí)具有泡沫性結(jié)構(gòu)，而且這些泡沫是不斷變化的，那么它們的大小應(yīng)該是有邊界的，因?yàn)橹挥羞@樣，距離才可以被測(cè)量。

　　該科研團(tuán)隊(duì)使用對(duì)遙遠(yuǎn)類星體的X射線和伽馬射線的觀測(cè)結(jié)果來檢驗(yàn)時(shí)空泡沫的理論模型。他們假設(shè)，對(duì)于穿越數(shù)十億光年的光源來說，距離不確定性的積累，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)光源影像質(zhì)量下降，以至于這種物質(zhì)無法被探測(cè)到，而影像消失之時(shí)的波長受所使用的時(shí)空泡沫理論模型影響。

　　錢德拉X射線天文臺(tái)對(duì)數(shù)十億光年以外的類星體的觀測(cè)排除了一種理論模型。這種理論模型認(rèn)為光子在時(shí)空泡沫中隨機(jī)擴(kuò)散，就像光在霧中擴(kuò)散一樣。費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡以及VERITAS對(duì)類星體較短的伽馬射線光波的探測(cè)證明，第二種所謂的“宇宙全息模型”也行不通。

　　“我們發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)可以排除關(guān)于時(shí)空泡沫的兩種理論?！表?xiàng)目參與者、北卡羅來納州立大學(xué)的杰克·尼格說。他們的研究發(fā)現(xiàn)，時(shí)空并不像一些理論模型預(yù)測(cè)的那樣泡沫化——時(shí)空泡沫的直徑大約是氫原子核的千分之一，比之前預(yù)測(cè)的要大得多。(記者劉園園）