时间和空间是连续的还是有最小尺度？
2024-11-19 阅读 10
更新于 2024年11月21日
根据现有理论和观测证据，时空是连续的。普朗克长度、普朗克时间不能成为时空的最小单位。
假设时空离散、有大于零的最小长度，会违反洛伦兹不变性，更被观测数据证伪。
2011 年，ESA 的 Integral 天文卫星（国际伽玛射线天体物理实验室）测定了伽马射线暴 GRB 041219A 放出的不同能量伽马射线的偏振程度差异，未找到空间离散的证据。如果空间离散，那么其基本单位的长度不会超过 1e-48 米，这远低于普朗克尺度[1] [2]。2020 年，欧洲南方天文台甚大望远镜的 ESPRESSO 光谱仪观测了一团共动距离 180 亿光年以上的气体云，它后面有个明亮的光源。气体云中存在铁原子，能以特定的波长吸收背景光。从地球上的我们看来，如果时空是连续的，那么由气体云导致的吸收线应该和气体云就在我们旁边时一样狭窄。如果时空是离散的，那么在数十亿光年范围内传播的光将会扩散开来，改变吸收线的宽度。结果是，ESPRESSO 没有发现任何时空离散的迹象[3]。2022 年 10 月 9 日，我国的高海拔宇宙线观测站（LHAASO，“拉索”）探测到来自伽马暴 GRB 221009A 的约 65000 个能量范围在几百 GeV 到十几 TeV 的高能光子，首次精确测量伽马暴甚高能余辉辐射的全过程。对这些甚高能观测数据的能谱时延进行的分析没有发现任何时空离散的迹象，不同能量的光子抵达地球的时间未表现出时空量子化导致的延迟。doi: 10.1103/PhysRevLett.133.071501标准模型里的基本粒子是点粒子，半径为零。不过，基本粒子的位置不确定性让它们占据非零的空间，这不支持你用它们凑出一把长度为绝对的确定值的尺子——尺子的长度会不断改变。
读者可能见过将普朗克长度与测不准原理联系在一起的思想实验：
要测量一个物体的位置信息，我们要用光子（或其它的粒子，情况相似）打过去并反射。如果要测到很高的精度，必须使用更短波长的光子，那对应着更大的能量。当光子的能量高到一定程度，它会在打中物体后产生黑洞而不会有反射光子，于是无法测量。量纲分析显示，如果测量物体位置的精度到了普朗克长度以下，就会产生一个史瓦西半径等同于康普顿波长的黑洞。这思想实验混用了广义相对论和量子力学，是有问题的。我们在实践上还没有能力这样操作，也并不知道真正这样操作的时候会发生什么，那是目前还没有建立起来的量子引力理论要解决的问题。
参考^https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Integral_challenges_physics_beyond_Einstein^Constraints on Lorentz Invariance Violation using integral/IBIS observations of GRB041219A P. Laurent, D. Götz, P. Binétruy, S. Covino, and A. Fernandez-Soto Phys. Rev. D 83, 121301(R) – Published 28 June 2011^Ryan Cooke, Louise Welsh, Michele Fumagalli, Max Pettini, A limit on Planck-scale froth with ESPRESSO, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 494, Issue 4, June 2020, Pages 4884–4890, https://doi.org/10.1093/mnras/staa440
影视位面是一帧一帧拼接起来的，问现实位面时间和空间是否连续，相当于问：
现实世界有没有最小一帧，及最小的像素。
我们这个世界，会出现掉帧的现象吗？
