宇宙是个时空吗?是无限大的?

宇宙是个时空吗?
是无限大的?

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据Physorg网2月10日消息,也许宇宙并不像科学家们想象得那么泡沫化,科学家们原本从1998年哈勃太空望远镜的观察结果中认为宇宙是多孔状结构.现在物理学家们通过观察遥远的类星体外一种称为“气环”的衍射模型,证明从远处物体传来的光穿过的空间相对平稳,而不是多孔的泡沫状.
20世纪60年代产生了一种理论,认为宇宙空间是由无数持久变动中的泡泡构成的,这种理论被称为“时空泡沫说”.在小范围内（普朗克尺度下）,泡沫是按测不准原理产生的,这使得虚粒子可以时有时无地散发存在.量子泡沫在极短的时间内违背了能量守恒定律,使用纳米级设备可以测出这种微小粒子在真空中产生的影响.另外,很多物理学家都认为同样的量子泡沫形式也一定存在于任何量子-引力理论中,这种理论能把量子理论和引力统一起来.
参与观测环带的Y.Jack Ng表示：“探测到时空泡沫可以让我们一窥时空的最终结构.观测结果也可以帮助物理学家们修正量子-引力理论.”
Ng和他的同事W.A.Christiansen以及来自北卡罗来纳州大学的H.van Dam限定了量子泡沫变化的几种模型.这一小组比较了两个时空泡沫模型,这些模型都是基于时空中的量子波动现象的.第一种模型按全息原则构建,任意一块空间所含信息的最大数量取决于其表面积而不是其容积,这类似于全息图的原理.第二种模型,称为随机运动模型,随机发生连续的波动,其中完全没有关联.全息模型比散行模型所含的时空波动更少.
研究小组选择了类星体PKS1413 + 135的气环作为研究对象,因为这种气环限定了散射光的数量,时空泡沫会产生这种光.这一类星体距银河系约40亿光年.可以帮助科学家们计算出长距离对光振的影响,并放大宇宙孔洞对光线微小的影响.
Christiansen 说：“选择PKS1413 +135一类的星体来寻找时空泡沫的影响是因为这类对象比点状物体——如星系大,可以包含掩盖量子泡沫效应的内在结构.”
哈勃望远镜的高清晰度图像排除了散行模型,但缺乏足够的解析度来测试全息模型.通过这一影像,表明可以使用干涉式望远镜和哈勃望远镜这样的太空望远镜对我们的宇宙结构进行基础性的测量.目前正在建造中的望远镜可以捕捉更高分辨率的图像以供未来研究使用.
在接下来几年内,干涉式望远镜——例如位于智利的“极大干涉式望远镜”或夏威夷的Keck干涉式望远镜可以通过观测更远的星系来检验全息模型.
然而,研究小组没有依靠进一步的观测就在测量量子泡沫的同时推导出了一种新的宇宙法则.
由于观测结果排除了随机运动模型,再加上计算物理学的条件,就可以据此推算出宇宙包含的物质.所以物理学家们认为：肯定存在另一种物质或能量,宇宙可以以此来构成时空.
尽管宇宙并不像科学家们先前所预料的那么多孔,研究结果还是提供了探索非传统物质和能量的新数据.研究小组对在近期内更好地掌握宇宙空间的结构抱有很大的信心.
Ng.表示：“我认为在量子泡沫和暗物质与暗能量之间具有密切的联系,我们在全息宇宙模型方面的工作有助于揭示出其背后的联系.”
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