量子引力产生“七色彩虹”时空效应

一束白光穿过了三棱镜，在背景墙留下了色彩交替的彩虹，单一的白光被分解成不同色调的多样色彩。牛顿第一次使用了三棱镜“魔盒”，白光被分解为七色彩光，从此开启了光谱学研究的序幕。华沙大学的理论物理家开发了一种宇宙模型，他们使用了量子引力的前沿理论，研究成果显示，存在由不同版本构成的某种类型的“时空彩虹”，与单一、普通概念的时空不同，不同能量的粒子轻微地调节了时空“版本”或“格式”。在一束白光穿过三棱镜的光学实验中，白光经过三棱镜的分解形成了色彩斑斓的彩虹，白光实际上由不同能量的光子相互混合而成，高能量的光子容易被三棱镜折弯。在天空升起的美丽彩虹实际上是不同能量光子相互作用的产物，好像三棱镜将光子按不同的能量级别进行区分。

物理学家多年来抱有一个难以割舍的设想：在量子宇宙的模型中，不同能量的粒子实际上以轻微不同的结构方式“调节”时空，这种假设更早地起源于量子理论，建立在猜测基础上的假设没有得到实验的检验。华沙大学物理系的物理学家近日组成了研究小组，在杰吉·勒万多夫斯基教授的带领下，他们构建了一个总体机制的方程式，以此解释“时空彩虹”谜题。勒万多夫斯基解释说，他们在两年前曾公布了一个量子宇宙模型，根据模型的推断，不同类型粒子对时空“感知”的特征表现了轻微的不同，目前的研究加深了人们对粒子和时空关系复杂性的认识，他们发现了某种通用的机制，给定粒子“感知”时空纤维的特性存在变动性，既取决于粒子类型，也取决于于粒子能量。

华沙大学的物理学家目前使用了一个包含两个要素的量子宇宙模型：引力和特定类型的物质粒子，根据广义相对论的描述，引力场是时空变形产生的效应，物质由标量场定义，而最简单类型的场可定义为空间的每一个点仅分配了一个量值。华沙大学研究小组的成员、博士研究生安德里亚·戴普解释说，已有多个相互竞争的量子引力理论，他们开发了一般形式的模型，将模型应用到不同版本的量子引力模型，人们也许假设了一种引力场类型，以一种量子理论定义时空的特性；人们也许假设了另一种引力场类型，以另一种量子理论定义时空的特性，在模型中使用的数学方程发生了变化，但不会改变事件现象的本质。

对量子化模型进行了动力学研究，产生了令人惊讶的结果，对量子化时空模型进行了量子理论分析，量子时空的动力学机制是一致的。量子化时空不同于经典物理的时空概念，经典的时空保持连续，量子化时空产生了间断性。从经典时空过度到量子时空，连续性数值变成了非连续性离散值。人们在日常经验中只能感受经典概念的时空。华沙大学研究小组的成员、博士研究生梅迪·阿桑尼奥西解释说，他们应用了量子几何学的理论，什么是时间和空间？时空处在混淆不清的状态，在他们开发的量子宇宙学模型中，量子时空的动力学机制变得明朗，好像在经典、普通的时空中发生的事件。物理学家对标量场领域的探讨更为有趣，按照粒子的组合方式解释标量场。根据模型的计算，不同能量的粒子和量子时空的相互作用呈现了不同特性，好像不同能量的光子和三棱镜发生相互作用时产生了不同效应，甚至经典概念的被单个粒子“感知”的时空结构也依赖粒子的能量。

光学词汇的折射率解释了普通的彩虹现象，折射率大小与光的波长存在关联或随波长的不同而变化，物理学家在类似“时空彩虹”的情形中构想了相似关联性，他们引入了测量范围指标的贝塔函数，用以指示经典的时空结构与不同粒子对它们的“经历”或“感知”时表现的差异程度。贝塔函数反映了非经典性时空量子化的程度，当贝塔函数的值接近零时，量子化时空趋向于经典的时空概念，两种时空概念保持了一致性。在真正意义的量子时空情形中，贝塔函数的值接近1,。今日宇宙正处于经典时空的状态中，今日宇宙的贝塔函数值接近零。其它物理学研究小组的计算结果表明，今日宇宙的贝塔函值不超过0.01。很小的贝塔函数值说明，目前的“时空彩虹”条幅非常窄，不能通过实验手段得以探测。

华沙大学的物理学研究小组得到了波兰国家科学中心的资助，他们在研究中得出了另一项有趣的结论，量子引力的作用产生了“时空彩虹”，物理学家普遍认为，这类量子效应仅在接近普朗克能量的巨大能级上才能被人们检测出来，这相当于在欧洲大型强子对撞机(LHC)的加速器中粒子能量十亿的百万倍。贝塔函数的值依赖于时间的变化，这一函数值在接近宇宙大爆炸的时刻更高，当贝塔函数值接近1时，时空彩虹的膨胀变得十分异常，量子引力在这种条件下的彩虹效应被观测到的可能性大为增加，甚至粒子能量在低于LHC加速器中质子能量数百倍的情况下同样如此。

（编译：2016-1-26）