时空的流逝就像“静静的顿河”

人们熟悉的时空好似流体一样展示了奇特风貌，理论物理学家突发奇想地地构想了“流体时空”的概念，他们在量子引力领域建立了创新的理论模型，力求将引力和量子力学完美地融合起来，有些物理模型试图在引力和量子力学之间建立数学的关系，通过新型物理模型的预测，在普朗克尺度（10-33厘米）的范围，时空已不是人们熟悉的、以经典物理学描述的状态，“普朗克时空”实际上表现了不连续性和离散的属性，好似人们每天接触的固体和液体。只要仪器有足够的分辨率，人们就可以观测到固体和液体内部的原子和分子。

理论物理学家创立了离散化的时空结构的新型模型，量子时空结构的总能量非常高，超出了爱因斯坦狭义相对论的能级范围，而爱因斯坦的广义相对论以重要基础部分的狭义相对论为前提。时空在创新的理论框架中显示了流体的形态，从流体概念出发处理时空的结构，这是全新模式的物理分析，物理学家在宏观尺度上将时空看成是流体物质的对象，应用流体动力学的分析工具。广义相对论使用了相似的分析方法，但广义相对论对流体物质内部的原子和分子失去了分析的效力，在时空模型的分析中，广义相对论不能作为分析时空“原子世界”的工具，广义相对论将时空视为经典物理的分析对象，描述了宏观时空动力学的特征。

时空在创新的理论框架中产生了基础性的作用，好似人们在日常生活中使用的水由水分子构成，而水分子由氢氧原子构成一样。以意大利的里亚斯特高级研究院下属的国际学院（SISSA）为研究基地，斯特凡诺·利贝拉蒂教授和德国慕尼黑的路德维格·马克西米连大学的物理学家家卢卡·马西奥内进行了合作研究，在基本粒子物理和高能天体物理相结合的基础上，两人开发了创新的物理体系，时空对象被描述为流体的形态，开发出了一套能够观测流体效应的方法。利贝拉蒂和马西奥内有了第一次检验的设想，新一期的《物理评论通讯》杂志发表了两位科学家时空结构“流体化”的理论成果。

量子力学刻画了四种宇宙基本力中的三种，它们分别是电磁力、弱相互作用和强相互作用，然而，量子力学解释不了引力的形成机制，广义相对论描述了四种宇宙基本力中的一种，相当成功地解释了经典物理学的引力理论，量子力学和广义相对论结合为量子引力理论，这将是未来物理学的发展方向之一，也是目前物理学家面临的主要挑战之一。很多理论模型从量子物理学的范畴论证了引力形成的机制，迄今为止，这些理论模型未得到实验的证实。辨识理论模型的可信度是一项艰巨的理论使命，有些理论模型包含了似是而非的因素，很难令人信服，实证和实验是检验和辨别理论模型的有效标准。

利贝拉蒂和马西奥内设想了一种检验的工具，物理学家在工具的帮助下可以评估多个量子引力理论模型的理论价值。过去的一些量子引力模型显示，时空由更为基本的实体物质粒子构成，好似流动的液体，这些理论模型假定了光子的运动和变化发生在“时空流体”之中，光子在流体中的传播速度与它们的能量有关，光子的能量不同，光速随之不同。光子在时空流体中运动，过去的理论模型缺少细节性的影响因素，利贝拉蒂和马西奥内认为，假定时空是一种流体，人们就应该考虑流体的粘性和其它阻滞性因素的耗散作用，光子的传播速度不仅仅受到能量大小的影响。

利贝拉蒂和马西奥内对流体的效应进行分类，时空流体的粘性效应趋向于快速耗散了光子的能量，其它粒子在时空流体中的传播也是如此。光子耗散了自身的能量，光子却从数百万、数亿光年距离的遥远天空出发，经过“长途跋涉”之后抵达了地球。意大利科学家利贝拉蒂和德国科学家马西奥内认为，如果时空呈现流体的状态，那么时空结构不是普通概念的流体，时空是某种超流体，流体的粘性度在超流体中极低，几乎接近于零。

利贝拉蒂和马西奥内预测了弱流体的耗散作用，未来天体物理的观测结果可能证实他们的理论预测，一旦理论的成果形成了强有力的工具，就可能带来有实际价值的线索，时空流体的理论模型将不断出现并加以改进，研究的成果和方法有可能转变为现代的天体物理技术。时间流逝将被理解为量子引力理论的推断，从一个简单的“时间点”演变为一个现象纷繁的“时间球”，量子力学概念的流体力学在时空物理的研究中将发挥关键性作用。利贝拉蒂和马西奥内研究量子引力理论，似乎进入了一个概念化和数学化的世界，理论设想没有得到实验的检验，但他们没有失去理论发现的新鲜感和兴奋感，坚定了在理论科学的道路上走下去的信心。

（编译：2021-4-29）