美国科学家近日使用X射线和伽马射线观测技术研究了宇宙中最遥远的物质，发现时空泡沫的直径大约是氢原子核的千分之一，比之前预测的要大得多。他们的研究结果给时空的量子本质或“泡沫性”划定了一条底线。相关研究发表在《天体物理学》杂志上。据物理学家组织网报道，这项研究综合了美国航空航天局(NASA)的钱德拉X射线天文台和费米伽马射线太空望远镜以及超高能辐射成像望远镜阵列系统(VERITAS)的观测结果。
时空，也就是三维空间乘以时间，看起来是平滑而不具备任何结构的。然而科学家用量子力学理论预测，时空不是平滑的，它像泡沫一样，不断地波动着，包含许多小的、不断变化的部分——在这里空间与时间并没有明确的界限，而是不断变换的。这就是所谓的时空泡沫。
“理解时空泡沫的一种方法是想象你坐在飞机上飞越海洋，海洋看起来是完全平滑的。但是，如果飞机飞得足够低，你可以看到波浪，再低一些，你就可以看到泡沫，以及泡沫里不断颤动的微小气泡。”论文第一作者、佛罗里达理工大学的埃里克·伯尔曼说，“而我们的研究，就像坐在一架飞得极高的飞机上，试图观察那些原子级别的泡沫。”
科学家曾预测，时空泡沫大概是氢原子核直径的亿分之一，因此它是无法被直接探测到的。然而，如果时空确实具有泡沫性结构，而且这些泡沫是不断变化的，那么它们的大小应该是有边界的，因为只有这样，距离才可以被测量。
该科研团队使用对遥远类星体的X射线和伽马射线的观测结果来检验时空泡沫的理论模型。他们假设，对于穿越数十亿光年的光源来说，距离不确定性的积累，会导致这个光源影像质量下降，以至于这种物质无法被探测到，而影像消失之时的波长受所使用的时空泡沫理论模型影响。
钱德拉X射线天文台对数十亿光年以外的类星体的观测排除了一种理论模型。这种理论模型认为光子在时空泡沫中随机扩散，就像光在雾中扩散一样。费米伽马射线太空望远镜以及VERITAS对类星体较短的伽马射线光波的探测证明，第二种所谓的“宇宙全息模型”也行不通。
“我们发现这些数据可以排除关于时空泡沫的两种理论。”项目参与者、北卡罗来纳州立大学的杰克·尼格说。他们的研究发现，时空并不像一些理论模型预测的那样泡沫化——时空泡沫的直径大约是氢原子核的千分之一，比之前预测的要大得多。
科技日报