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新手已上路木虫 (职业作家)
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宇宙时空泡沫尺度限定：氢原子核一亿分之一
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一项综合了美国宇航局钱德拉X射线空间望远镜，费米伽马射线空间望远镜以及来自地基的“高能辐射成像望远镜阵列”(VERITAS)伽马射线观测数据的研究帮助科学家们给出了极小尺度上时空量子本质，或“时空泡沫”的一个限定 新浪科技讯 北京时间6月2日消息，据物理学家组织网站报道，一个天文学家小组利用X射线与伽马射线观测手段，对宇宙中一些最遥远的天体进行了研究，从而加深了我们对于空间与时间本质的理解。他们的这项研究结果为极小尺度上时空的量子本质，或“时空泡沫”给出了一个限定。 在这项研究中，科学家们综合了来自美国宇航局钱德拉X射线空间望远镜，费米伽马射线空间望远镜以及来自地基的“高能辐射成像望远镜阵列”(VERITAS)的伽马射线观测数据。 在我们目前能够进行测量的最微观空间与时间尺度上，时空——也即三维的空间再加上时间——似乎是平滑且不显示结构的。然而作为一项高度成功的物理学基础理论，描述原子与亚原子粒子行为的量子力学理论却预言时空将不会是平滑的。相反，时空应当是像泡沫一样，激烈动荡，并且由许多非常微小且不断变化的区域构成 ——在量子力学看来，时空不再是确定的，而是处于不断的涨落之中。 论文的第一作者，美国佛罗里达理工大学的埃里克·帕尔曼(Eric Perlman) 表示：“思考时空泡沫的一种方式是假想你正乘坐一架飞机飞过海洋上空，海面看上去是一片平静的。然而，如果你离得足够近，你就会看到波涛，如果离得更近， 你将看到海面上漂浮的泡沫，其中有许许多多不断产生然后破灭的水泡。”他说：“更为诡异的，这些‘泡泡’极端微小，即便是在原子尺度上对它们进行观察，仍然像是坐在高空飞行的飞机上观察海面的效果。” 理论上，这种时空泡沫的尺度大约相当于一个氢原子核直径的一亿分之一，因此无法对其进行直接的测量。如果时空的确具备泡沫本质，那么对其进行空间大小测量时 就应当存在一个精度上的极限，因为光子从中穿越的大量量子“泡泡”的大小将会随着时间发生涨落。基于所采用的不同时空模型，这种空间尺度上的不确定性将随 着光子在宏观宇宙距离内以不同的速率发生累积。 研究人员使用X射 线波段以及伽马射线波段对非常遥远的类星体开展观测获得的数据对时空泡沫的模型进行检验。类星体是由物质落向超大质量黑洞时形成的极端明亮的天体。论文作 者指出，光子穿越数十亿光年空间内累积的距离不确定性将导致成像质量的严重下降，甚至导致无法观测到遥远天体。而观测图像消失的波段则取决于所采用的不同 时空泡沫模型。 钱德拉X射线望远镜在数十亿光年外观测到遥远的类星体，从而排除了其中一个模型，该模型认为光子会在时空中随机消散，就像光穿越迷雾时的情况类似。而使用费米空间望远镜在伽马射线波段，以及使用VERITAS在更短的波段上同样也探测到了遥远的类星体，说明另外一项包含更少消散效应的所谓“全息”模型同样是不正确的。 论文的合著者，美国北卡罗莱纳大学的杰克·伍(Jack Ng)表示：“我们发现我们的数据可以排除两项不同的时空泡沫模型。我们能够得出结论，时空的泡沫性要比一些模型所预测的更低。” 根据X射线以及伽马射线波段的数据显示，时空至少在比氢原子核1/1000的尺度上仍然是平滑的。有关结果已经发表在5月20日出版的《天体物理学杂志》上。 |
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