X和γ射线观测限定时空量子“泡沫”

Shea

松鼠名片

谢懿，科学松鼠会成员，天文学博士，副教授，目前在南京大学天文与空间科学学院任教。此外，还担任天文科普杂志《天文爱好者》编委，以及一些科普文章的编译者。个人签名：把天文学带给大众。

上：在X射线对遥远类星体的观测图像；下：时空量子“泡沫”的示意图。图片来源：NASA/CXC/FIT/E.Perlman等人；NASA/CXC/M.Weiss。

使用美国宇航局的钱德拉X射线天文台和费米γ射线空间望远镜以及地面上的甚高能辐射成像望远镜阵，天文学家在X射线和γ射线下对宇宙中最遥远的一些天体进行了观测，对时间和空间的特性做了更深入地探测。这些观测把时空的量子特性限定在了极端微小的程度上。

在我们所能测量的最小距离和最短时间间隔上，时空——3维空间和1维时间的复合体——看上去是平滑且没有结构的。然而，极为成功地描述了微观世界的量子力学却预言，时空并不是平缓连续的。相反，时空会具有泡沫状的特性，包含许多不断变化的微小区域。时空由此不再具有确定性，而是会出现涨落。

根据预言，这些时空泡沫的尺度只有氢原子核直径的约一亿分之一。因此，无法被直接探测到。不过，时空确有泡沫结构的话，这一特性就会对距离测量产生影响，因为许多量子泡的大小足以对穿行于其中的光线施加作用。取决于具体的时空模型，这些影响会随着被测天体的距离增加而不断累积，会使得天体的影像逐渐变得模糊，直至无法被探测到。

通过观测来自遥远类星体的X射线和γ射线，天文学家对时空泡沫模型进行了检验。结果排除了一个类似光在雾中扩散的时空泡沫模型以及另一个全息模型。

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