X和γ射線觀測限定時空量子「泡沫」

Shea

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謝懿，科學松鼠會成員，天文學博士，副教授，目前在南京大學天文與空間科學學院任教。此外，還擔任天文科普雜誌《天文愛好者》編委，以及一些科普文章的編譯者。個人簽名：把天文學帶給大眾。

上：在X射線對遙遠類星體的觀測圖像；下：時空量子「泡沫」的示意圖。圖片來源：NASA/CXC/FIT/E.Perlman等人；NASA/CXC/M.Weiss。

使用美國宇航局的錢德拉X射線天文台和費米γ射線空間望遠鏡以及地面上的甚高能輻射成像望遠鏡陣，天文學家在X射線和γ射線下對宇宙中最遙遠的一些天體進行了觀測，對時間和空間的特性做了更深入地探測。這些觀測把時空的量子特性限定在了極端微小的程度上。

在我們所能測量的最小距離和最短時間間隔上，時空——3維空間和1維時間的複合體——看上去是平滑且沒有結構的。然而，極為成功地描述了微觀世界的量子力學卻預言，時空並不是平緩連續的。相反，時空會具有泡沫狀的特性，包含許多不斷變化的微小區域。時空由此不再具有確定性，而是會出現漲落。

根據預言，這些時空泡沫的尺度只有氫原子核直徑的約一億分之一。因此，無法被直接探測到。不過，時空確有泡沫結構的話，這一特性就會對距離測量產生影響，因為許多量子泡的大小足以對穿行於其中的光線施加作用。取決於具體的時空模型，這些影響會隨著被測天體的距離增加而不斷累積，會使得天體的影像逐漸變得模糊，直至無法被探測到。

通過觀測來自遙遠類星體的X射線和γ射線，天文學家對時空泡沫模型進行了檢驗。結果排除了一個類似光在霧中擴散的時空泡沫模型以及另一個全息模型。

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