参考消息网2月19日报道时空究竟是由什么构成的？《科学美国人》月刊网站1月30日发表作者亚当·贝克尔的文章称 ， 物理学提供的诸多暗示表明 ， 我们认识的时空不是基本的东西 。 全文摘编如下：
纳塔莉·帕克特会花时间思考如何发展出一个额外的维度 。 先从分散在时空中每个点上的小圆圈开始——这是一种朝自身环绕回来的卷曲的维度 。 然后把这些圆圈缩小 ， 促使环路收紧 ， 直到出现一种奇特的变化：这个维度看起来不再很小 ， 而是变得巨大 ， 就像有时你会意识到 ， 看起来很小、很近的东西实际上是巨大、遥远的 。
基本存在？
身为美国华盛顿大学的理论物理学家 ， 帕克特并不是唯一思考这种奇怪的维度变化问题的人 。 越来越多的物理学家——尽管以不同方法在物理学的不同领域工作——正日益就一种深刻的思想达成共识 。 这种思想就是 ， 空间——甚至时间——不是基本的存在 。 相反 ， 空间和时间可能是一种突现的特征：它们可能源自大自然更基本组成部分的结构和行为 。 在现实的最深层面 ， 诸如“何地？”“何时？”这类问题或许根本就没有答案 。
帕克特说：“物理学提供的诸多暗示表明 ， 我们认识的时空不是基本的东西 。 ”
这些激进的观点来自持续一个世纪的量子引力理论探索过程中的最新意外进展 。
物理学家掌握的最佳引力理论是广义相对论 ， 即爱因斯坦关于物质如何扭曲时空的著名理论 。 物理学家掌握的有关其他一切事物的最佳理论是量子物理学 。 在涉及物质、能量和亚原子粒子的特性时 ， 量子物理学惊人地准确 。 这两种理论都轻而易举地通过了物理学家在过去一个世纪里设计出来的所有测试 。 人们可能会想 ， 把它们放在一起 ， 就会获得一种“万物理论” 。
但是 ， 这两种理论不太兼容 。 如果向广义相对论寻求以下问题的答案——在量子物理学的背景下会发生什么 ， 你会得到自相矛盾的答案 。 大自然知道如何在量子背景下运用引力——这种情况发生在大爆炸的最初阶段 ， 到现在仍在黑洞的中心发生 ， 但我们人类依然难以理解这个戏法是如何完成的 。 部分问题在于这两种理论处理时间和空间的方式 。 量子物理学认为空间和时间永恒不变 ， 广义相对论则轻易让时空发生扭曲 。
量子引力理论需要调和这些有关空间和时间的观点 。 实现这一目标的一个办法是 ， 在其源头——时空本身——消除有关问题 ， 方式是让时空产生于某种更基本的东西 。 近年来 ， 若干不同的研究路线都显示 ， 在现实的最深层面 ， 时间和空间的存在方式不同于它们在我们日常生活中的存在方式 。 在过去10年里 ， 这些思想彻底改变了物理学家对黑洞的看法 。 现在 ， 研究人员正利用这些概念来阐明某种更奇异的东西的运作方式 。 这种东西就是虫洞——连接时空中相距很远的点的假想隧道 。 这方面的成功维系了取得更深层次突破的希望 。 如果时空是突现的 ， 那么弄清楚其来自哪里——以及如何能够从其他任何东西中产生——可能就是那把丢失的钥匙 ， 它最终将打开通往“万物理论”的大门 。
今天 ， 物理学家中最流行的候选量子引力理论是弦理论 。 该理论认为 ， 弦是物质和能量的基本组成部分 ， 它们产生了在世界各地的粒子加速器中可以看到的无数基本亚原子粒子 。 它们甚至是引力诞生的源头 。
但弦理论很难理解——它存在于物理学家和数学家花了几十年时间探索的数学领域 。 该理论的大部分结构尚属未知 ， “探险”活动仍处于计划阶段 ， “地图”仍待绘制 。 在这个新领域中 ， 主要“导航”技术是通过数学对偶性——一种系统和另一种系统之间的对应关系——实现的 。