無限放大後的太空我們究竟會看到什麼？

最新 09-06

如果在顯微鏡下觀察太空，你會看到怎樣的景象？放大1000倍，啥也看不到。放大100萬倍，還是啥也看不到。放大10億倍，仍舊是啥也看不到。在這個時候，普通人可能得出結論，認為太空實際上就是一片虛無。這是一種直觀感受，很容易理解。畢竟，我們已經遠遠超出了顯微鏡的放大倍率極限。

然而，量子物理學家可不是普通人。他們用「理論顯微鏡」武裝自己，不斷放大宇宙，窺探空曠宇宙的更深處，直至有所發現。突然之間，他們看到了一些東西——統稱「量子泡沫」的虛擬粒子集合。量子物理學家表示，由於時空結構的快速變動，虛擬粒子只能短暫存在，就像啤酒泡沫一樣。

如果對太空進行無限放大，我們或許可以看到所謂的「量子泡沫」。

量子泡沫只能短暫存在，就像啤酒泡沫一樣。

佛羅里達理工學院物理學與太空學教授埃里克·珀爾曼表示：「量子泡沫中的『氣泡』尺寸只有原子核的幾千萬億分之一，存在時間無限短，也就是量子物理學所說的『普朗克長度』和『普朗克時間。」

很顯然，如此微小的量子泡沫無法直接觀察到。那我們又如何確信量子泡沫存在？最有利的證據可追溯到1947年，由荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾和德克·波爾德提出。他們預言了量子泡沫的存在。

費米實驗室資深實驗物理學家堂·林肯這樣解釋所謂的「卡西米爾效應」：「如果按照他們的推斷，量子泡沫真實存在，粒子應存在於太空的每一個角落。由於粒子同樣擁有波屬性，太空的每個角落都應該有波的存在。他們設想了兩個平行的金屬板，彼此靠的很近。量子泡沫存在於金屬板之間和外部。由於兩個金屬板靠的很近，中間的空間只能存在短波，短波和長波可以存在於金屬板之外的空間。由於這種失衡，板外的波量超過板間的波量，將兩個金屬板往一起壓。在提出這一預測30年後，這種效應首次得到定性觀察，1997年進行精確測算。」

量子泡沫論認為太空本質上處於多氣泡混沌狀態，這會對我們了解宇宙產生巨大影響。弦理論學家、哥倫比亞大學教授布賴恩·格力納在他的著作《宇宙的琴弦》（又譯「優雅的宇宙」）中指出：「在這種短距離尺度下，我們發現廣義相對論與量子力學原來是不相容的。廣義相對論的核心原理——光滑的空間幾何概念——被小距離尺度下量子世界的劇烈波動破壞。」

證明量子泡沫是否存在對揭示現實的真正本質具有重要意義。不幸的是，在科學探索的道路上，科學家一次又一次遭受挫折，最近的相關實驗便得出相互矛盾的結果。測試量子泡沫是否存在的一種可能方式是，測算恆星爆炸噴射的光子穿行相同距離所需的時間。如果時空是扁平的，來自同一源頭的兩個光子穿行預定距離耗費的時間相同。如果時空是泡沫狀態，微弱的擾動會拖慢光子的速度。2009年進行的一項分析發現，同一伽瑪暴釋放的高能和低能光子抵達預定位置的時間不同，但隨後對其它伽瑪暴進行的兩項分析幾乎沒有發現這種差異，說明時空是平滑的，至少不是泡沫狀態。

任何實驗都無法獲取足夠細節，排除微觀尺度下存在量子泡沫的可能性。我們需要等待可將宇宙放大1.6×10^-35倍（普朗克長度）的超級顯微鏡的出現，但製造這樣的顯微鏡無疑是一項巨大挑戰。