作者：Ron Cowen，来自《自然》杂志
一场始于70多亿年前，跨越半个宇宙的两个高能光子之间的竞赛，最终几乎不分胜负。如果这一结果经得起推敲，它将收紧一些理论提出的关于“块状”时空可能性的限制。
这项工作将于1月11日在德克萨斯州奥斯汀举行的第219届美国天文学会会议上由密歇根理工大学（位于霍顿）的罗伯特·内米罗夫和他的同事们1展示。该工作依赖于对一个短寿命、强烈的恒星爆炸（称为伽马射线暴）的分析，该爆炸于2009年5月被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜记录下来，并被命名为GRB 090510A。这项研究的重点是两个光子，一个能量为25吉电子伏特（GeV），另一个能量约为1.5 GeV，它们之间的时间间隔仅为0.00136秒。
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假设光子是同时发射的，这将意味着光速的变化不能超过十亿万分之七，这个限制类似于天文学家布拉德·谢弗在十年前于耶鲁大学（位于康涅狄格州纽黑文）记录的另一个伽马射线暴中使用的低能量光子所发现的限制，该团队报告称。
块状空间
在一些量子引力理论中，时空不是平滑连续的，而是由基本单元或颗粒组成的，这些颗粒小于氢原子直径的万亿分之一的万亿分之一——10-35米，也称为普朗克长度。在一个简化的解释中，能量最高的光子的波长与普朗克长度相当，因此更有可能与这些“块状物”相互作用并被减速。尽管减速效应微乎其微，但随着粒子在宇宙的浩瀚距离中旅行数十亿年，这种差异会被放大。
内米罗夫的结果对光速随能量的变化施加了更严格的约束，这反过来决定了时空中块状物的大小。该团队的发现表明，时空的颗粒性仅在约 1/500 普朗克长度的尺度上才变得重要。这可能开始对量子引力理论施加 серьезные 限制，其中一些理论要求在更大的尺度上看到这种效应。
然而，内米罗夫承认，光子并非完全同时发射的可能性为 1%，这种不确定性超过了物理学家要求的证明误差范围。内米罗夫说，另一个拥有更多高能光子的遥远伽马射线暴将使结果更加确定。
在 2009 年对同一伽马射线暴的分析中，另一个团队（由法国国家科学研究中心基础研究机构和蒙彼利埃第二大学的弗拉西奥斯·瓦西里奥领导）发现，大约 31-GeV 的光子与能量小一百万倍的光子之间的到达时间差约为十分之九秒。这个更长的时间间隔将允许时空在与普朗克长度大致相等的尺度上呈块状。而且这些数据具有更高的统计显著性，部分原因是该团队以两种独立的方式分析了它们。
瑞典斯德哥尔摩北欧理论物理研究所的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德说：“哪篇论文对 [时空的颗粒性] 设置了最严格的界限取决于你要求的显著性。”她指出，较早的结果不是很大的约束，但具有更坚实的统计基础。
两个团队使用了不同的方法来研究这次爆发。瓦西里奥专注于爆发的更广泛、整体的结构，而内米罗夫则着眼于详细的微观结构，并研究了爆发中三个脉冲之一的高能光子。瓦西里奥指出，这种焦点的改变使内米罗夫能够探测到更小的效应，但使用较少的光子意味着统计显著性较低。
霍森菲尔德说：“我认为内米罗夫和他的同事们用来从数据中提取约束的新方法将非常有用，并最终提供严格的约束，即使目前没有足够的数据来获得统计上高度显著的结果。”
她补充说，内米罗夫对光速可变性的限制可能与最近在欧洲核子研究中心（CERN，位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室）进行的 OPERA 实验结果几乎没有关系，该实验发现中微子的速度可能比光速更快。OPERA 的结果与光速偏差很大，如果它是由宇宙的某些方面（例如时空的颗粒性，减慢高能粒子的速度）引起的，“我们早就应该看到了它，不仅在光子中，而且也在中微子中”。
本文经《自然》杂志许可转载。该文章首次发表于2012年1月10日。