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圈量子引力理论新版 资料来源：华沙大学物理系网、物理世界网 编译：邓如山 时间：2013-8-2 数十年来，世界上的物理学家一直在努力探究量子引力的规律，在宇宙大爆炸的起点阶段，量子引力的物理规律起到了主导作用。波兰华沙大学物理系的学者们对于宇宙的起始点由"量子引力"主导和引发的时空结构课题进行了多年的研究，他们最近的理论分析结果令人惊诧不已，并非所有的基本粒子都接受同样的空间-时间结构的支配，时空的组织随着粒子的不同而发生相应的改变。
不仅在宏观上，时空的概念对于我们每个人的意义是不同的，而且在微观上，时空的结构对于每个粒子的显现也是各不相同的。不同的基本粒子"经历"不同空间-时间的存在。科学小组其中之一的研究方向是用"圈量子引力"（LQG）的概念来描述量子引力，这个理论假设提出的思路是，空间-时间的结构在某种程度上相似于一个纤维组织，"圈量子引力"的时空由大密集数量的、微小的、缠绕成圈状的纤维组织构成。 在莱万多斯基的"圈量子引力"数学模型的时空结构中，一个拥有1平方厘米的"时空间域"、或者是"时空场"由百万乘以万亿万亿万亿万亿万亿（5个万亿），或者说是10的66次方的纤维构成，这种"最小的时空纤维"相当于时空的最小单位。 3年以前，莱万多斯基和他的科学小组就提出了"圈量子引力"（LQG）的数学模型，这种时空连续的模型假设将物理学中的两大领域--量子力学和广义相对论，联系了起来，在两个相互作用的领域中，一个是重力的领域，重力的存在可以由广义相对论的空间性质得到确定，重力弯曲了时空，而弯曲的时空导致了引力的效应；另一个是标量的，或者是纯量的领域，这个领域可以理解为最简单类型的物质，物质的数量分配给每一个空间上的"交叉点"。 华沙大学物理系的学者提出的时空模型是建立在量子论基础上的，与我们在日常生活中接触到的时空世界是非常不同的。可以提出的问题是，我们熟悉的日常生活中接触到的时空世界是怎样从最初的量子引力的时空结构中转化而来的？物质和量子引力的相互作用是怎样导致了经典的空间-时间样态的诞生？莱万多斯基的科学小组确信：每一种类型的物质在与空间-时间的相互作用中，都会表现出相同的特性。 为了回答物质与时空相互作用的问题，华沙大学的科学小组第一次提出了相互作用的模型，两种最简单的量子引力效应与物质相互作用的情形是：零静止质量的粒子和非零静止质量的粒子。现代物理学的标准模型描述了基本粒子和它们之间的相互作用。 零质量的粒子的情形，比如说是光子，非零质量的粒子，比如说是著名的希格斯粒子，或者希格斯波色子，希格斯粒子的质量是一个纯量，或者说一个标量，希格斯粒子赋予其它的粒子以质量，诸如：夸克、电子、介子、陶子和与它们有相互联系的中微子。科学小组根据量子引力的模型，导出了表达粒子行为的方程式，华沙大学的物理学家然后开始检验对于具有不同对称性的规范的空间-时间而言，在和不同类型粒子相互作用的过程中，能否获得相似的和不相似的方程式。 结果就是，对于零质量的粒子而言，方程式能够证明这些粒子对应的空间-时间是各项同性的，也就是说，时空在所有的方向上具有同样的性质。莱万斯基列举了光子的例子，无论"零质量"的光子有更多的能量，还是更少的能量，有更大的动力，还是更小的动力，光子所对应的时空在所有的方向上是一致的。
华沙大学物理系科学小组最近的发现意味着在宇宙中具有质量的粒子不具有在时空结构中各向同性的特点。需要指出的是，科学小组的断言考虑的是量子的世界，对于量子化的粒子世界而言，我们处在一个"外在的世界"，我们用经典力学的眼光看待时空的结构，宇宙没有一个偏好的方向，具有各向同性的特征。 大量的观测和实验的资料还不能直接证明科学小组的结论，因此如何从观测和实验上证明科学小组的结论绝非是一项简单的工作，对于理论假说的理解是一回事，而对理论假说的证实则是另一回事。 |