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如果时空像液体一样——一些物理学家认为这个概念可能有助于解决物理学中两个主导理论之间令人困惑的分歧——那么它必须是一种非常特殊的液体。最近的一项研究将天体物理观测与基于流体时空概念的预测进行了比较，发现这个想法只有在时空非常平滑且自由流动时才有效——换句话说，是一种超流体。
将时空视为液体可能是一个有用的类比。我们通常将空间和时间想象为宇宙的基本背景。但是，如果它们不是基本的，而是由存在于我们无法感知到的更深层现实中的更小的成分构建而成呢？如果是这样，时空的性质将从其组成部分的底层物理学中“涌现”出来，正如水的性质从构成它的粒子中涌现出来一样。“水是由离散的单个分子组成的，这些分子根据量子力学的定律相互作用，但是液态水看起来是连续的、流动的、透明的和折射的，”马里兰大学帕克分校的物理学家泰德·雅各布森解释说。“这些都是‘涌现’的性质，在单个分子中找不到，尽管它们最终源于这些分子的性质。”
自20世纪90年代以来，物理学家一直在考虑这种可能性，试图调和大型尺度上的主导引力理论——广义相对论——与控制宇宙最小部分的理论——量子力学。这两种理论似乎在各自的领域内都完美地工作，但在结合大小的极端情况下，例如黑洞（质量非常大，体积非常小），它们之间存在冲突。许多物理学家试图通过“量化”引力来解决这个问题——将其分成更小的部分，正如量子力学将许多量（如粒子的能级）分解为离散的包一样。“有很多尝试量化引力的方法——弦理论和圈量子引力是两种不同的方法，它们都可以声称向前迈进了一大步，”意大利的里雅斯特国际高等研究学院（SISSA）的物理学家斯特凡诺·利贝拉蒂说。“但是，也许你不需要量化引力，你需要量化构成时空的这个基本物体。”
利贝拉蒂和他在慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的同事卢卡·马西奥内最近探讨了这个想法将如何影响光在宇宙中传播。一个涌现的时空，一个像流体一样行为的时空，不会立即与任何其他理论的时空区分开来。但是在极端情况下，例如对于非常高能量的光粒子，利贝拉蒂和马西奥内发现一些差异将是明显的。事实上，通过检查来自蟹状星云的跨越宇宙的高能光子的观测，物理学家能够排除涌现时空的某些版本，发现如果它是一种流体，那么它必须是一种超流体。研究人员在4月14日的物理评论快报上发表了他们的研究结果。
在这个类比中，粒子将像海浪一样在时空中传播，并且流体力学（凝聚态物理学）的定律将适用。此前，物理学家考虑了不同能量的粒子如何在时空中分散，就像不同波长的波在水中分散或以不同的速度传播一样。在最新的研究中，利贝拉蒂和马西奥内考虑了另一种流体效应：耗散。当波在介质中传播时，它们会随着时间的推移而损失能量。研究人员发现，这种阻尼效应也会发生在穿过时空的光子上。研究人员说，尽管这种效应很小，但经过非常长距离传播的高能光子应该会损失明显的能量。
一个现实世界的例子是蟹状星云，这是一个距离地球约6500光年的超新星遗迹，它会发出高能X射线和伽马射线。当这种光到达我们的望远镜时，如果时空具有液体的性质，那么它的能量应该会有所耗散。然而，对蟹状星云的观测没有显示出这种效应的迹象。“我们表明，即使它是一种非常小的效应，这种能量损失也会严重影响光谱，因为它传播了很长的时间，”利贝拉蒂说。缺乏耗散信号使得研究人员能够对时空中可能存在的液体效应施加强大的约束，表明如果它们存在，则它们必须非常小。“这并不是说这个想法完全被排除在外了，”利贝拉蒂说。然而，这些发现将类似液体的时空的可能性缩小到只有粘度非常低，几乎不会引起阻尼的液体——超流体。
即使是流体时空概念的支持者也说，这个概念不是很受欢迎，也许不太可能。但这有可能是真的吗？“我完全不知道，”巴黎南大学的物理学家雷诺·帕伦塔尼说，他最初提出了考虑耗散效应的想法。“我的坦率的看法是，没有人知道。我们所能做的就是模拟各种可能性。”
如果时空真的是超流体，并且不同能量的光子以不同的速度传播或随着时间的推移而耗散，那就意味着相对论并非在所有情况下都成立。相对论的主要原则之一，洛伦兹不变性，指出光速是不变的，无论观察者的参考系如何。“我们所知的时空是从某种违反相对论的东西中涌现出来的可能性是相当激进的，”雅各布森说。然而，这确实为解决试图结合相对论和量子力学时出现的一些问题开辟了一条潜在的途径。“违反相对论将开辟消除当前理论中出现的无限量的可能性，这些无限量对某些人来说似乎不太可能在物理上正确。”
因此，如果时空是超流体，那么理论物理学家就可以冲浪了。