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现实的本质是什么？是时空吗？作为我们宇宙的四维结构，它在最微小的尺度上最终是平滑的。如果不是时空，那或是别的什么？ 这个问题的答案似乎是不可能测量的，但借助最先进望远镜的力量，研究人员可以透过数十亿光年的距离去凝视，所以他们开始往更深的地方望去。 爱因斯坦的广义相对论是我们理解引力的途径之一，通过这个棘手的数学难题，我们了解了一种叫做“时空”的东西，一种由三维空间和一维时间编织在一起的四维结构。 用相对论的语言来讲，物质和能量弯曲并扭曲了时空的结构，作为回应，时空的弯曲和扭曲指引了物质和能量如何移动，这是我们都有所经历的“重力”。 为了让广义相对论的数学发挥作用，这种时空结构必须在最微小的尺度上绝对平滑。无论你放大多远，时空总是像一件新近熨平的衬衫一样没有褶皱。衬衫上没有破洞，甚至没有污渍。只是纯粹的、干净的顺滑。如果没有这种平滑度，重力的数学就会崩溃。 但是，广义相对论并不是唯一能向我们描述时空的理论。我们还有量子力学，以及它的后继者——量子场论。在量子世界里，一切微观事物都受随机机会和概率的支配。粒子可以在瞬间——甚至比这还短——出现和消失。场则可以完全按照自己的意志摆动和振动。在量子世界中，没有什么是可以确定的。 因此，正如物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)在1960年指出的那样，如果我们要缩小到可能的最小尺度(被称为普朗克尺度，大约是十亿分之一米)，时空应该看起来一点也不平滑。相反，按照惠勒的说法，它应该是一团搅动、沸腾的烂摊子——一团愤怒的泡沫粒子，它不断地在时空中撕开空洞，并在宏观世界的任何人注意到之前再次修补它们。 所以这两种时空观哪个是正确的？如果广义相对论是正确的，那么时空是平滑的；如果量子力学是正确的，那么时空是厚重的。我们的物理学家认为，最终的答案在于这两种观点的结合，也就是所谓的量子引力。当然，我们目前还不知道最终的答案是什么。因此科学家们产生了这样的想法：如果我们能打开时空，看看最微小的尺度，也许我们就能得到一些线索，了解到底发生了什么。 如果时空是泡沫，在冒着泡，那么这应该会影响任何穿越时空的东西。例如，一束光线沿着其方向行进时，会遇到各种各样的微小碰撞和推挤，因为这是一条普朗克式的碎石道路，而不是一条平坦的高速公路。 有时这些小小的碰撞会给光带来提振，推高它的能级，有时光会遇到一点减速带，减慢它的速度。而净效应是，穿过这种泡沫时空的光将在能量中慢慢扩散。 这个效应非常微小，以至于我们不太可能在实验室里测量到它。但谢天谢地，大自然可以为我们提供一个实验室。如果我们能在太空中找到一束完美的相干光束——换句话说，自然空间激光器，并且这束光束能在数十亿年后到达我们的望远镜，我们就可以测量能量的扩散，并用它来测量时空的泡沫。 这正是一个天文学家团队所做的，他们已将他们的结果提交给皇家天文学会的月刊发表，并将他们的工作发布到在线预印网站arXiv上。在近乎完美的巧合下，他们使用了一种“意式咖啡”（ESPRESSO）——中阶梯光栅摄谱仪和稳定光谱观测，这是一种基于欧洲南方天文台望远镜的仪器。 顾名思义，“浓缩咖啡”不是用来寻找时空泡沫的，但事实证明它是最适合这项工作的工具。天文学家把它指向了一个完美的来源：一个普通的气体云，距离我们超过180亿光年。使这种特殊的气云特别有用的是两个已知事实。第一，有一个明亮的光源就处在它的后面，照亮它。第二，这团气体云中有铁，可以吸收特定波长的背景光。 |
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