时空不是连续的？这个颠覆宇宙观的理论，能否统一两大物理学基石

原标题：时空不是连续的？这个颠覆宇宙观的理论，能否统一两大物理学基石
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为了理解在极小尺度上的空间结构，我们必须求助于引力的量子理论。爱因斯坦的广义相对论表明，引力是由空间和时间的扭曲产生的。通过整合量子理论和广义相对论的基本原理，物理学家导出了“圈量子引力”的理论。
在该理论中，空间的量子态用自旋网络来表示，量子时空则用自旋泡沫来表示，即随时间变化的自旋网络。
圈量子引力理论预言，空间是由离散的块组成，最小的空间约为普朗克长度的立方，或10-99立方厘米。时间也是离散的，最短的时间大约1个普朗克时间，或者10-43秒。

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近几十年来，物理学家和数学家一直在思考，空间是否由离散的块组成的。假如我们能在足够小的尺度上进行探测，那么会看到空间的“原子”吗？这里的“原子”即指空间存在无法被进一步分解的单元。同样，对于时间：自然是连续变化的吗？或者说世界是否像计算机那样，通过一系列极小的步骤运转？
过去的几十年见证了科学家在这些问题上的巨大进步。一个拥有圈量子引力这样奇怪名字的理论预言了空间和时间的确是由离散的块组成。在该理论框架下，科学家的计算揭示出一幅简单漂亮的图像。这一理论也加深了我们对与黑洞、宇宙大爆炸相关的那些令人困惑的现象的理解。最重要的是，当前的实验很可能会在不远的将来探测到来自时空原子结构的信号——当然，前提是这些结构真的存在。
量子和引力理论
量子力学理论在20世纪的前25年被论证，这一发展过程与确认物质由原子组成紧密相关。量子力学方程所需要的某些量，如原子的能量，只能来自于特定的离散单元。量子理论成功预言了原子的属性和行为，以及组成它们的基本粒子和力。在量子理论得到论证的同时，爱因斯坦构建了关于引力的理论——广义相对论。在他的理论中，引力作为时间和空间（一起构成“时空）因物质的存在而被弯曲的结果出现。任何物质块或能量的集中都会扭曲时空的几何结构，引起其他粒子或光线向集中的物质或能量偏转，这种现象我们称为引力。
量子理论和爱因斯坦的广义相对论已经分别被实验完美证实，但实验尚没有探索到这两者都起重要作用的情形。问题就在于，量子效应在小尺度上是非常显著的，而广义相对论的影响需要巨大的质量才能显现出来，所以要合并这两种条件需要特别的环境。
和实验数据的缺口相伴的，还有一个重大的概念问题：爱因斯坦的广义相对论完全是古典式的理论，而非量子的理论。物理学作为一个整体必然是逻辑自洽的，所以肯定存在能以某种方式统一量子力学和广义相对论的理论。科学家所追求的这种理论可称为量子引力理论。由于广义相对论处理的是时空的几何结构，引力的量子理论也即是时空的量子理论。
物理学家已经发展出相当多可以把经典理论转变为量子理论的数学程序。众多理论物理学家和数学家致力于将那些标准方法应用在广义相对论上，但早期的研究结果是令人沮丧的。科学家尝试了许多不同的方法，如扭量理论（twistortheory）、超引力（supergravity）和弦论（stringtheory）。然而，在多年的研究后，所有这些理论做出的预言仍无法被实验所证实。因此，许多物理学家开始重新考虑量子理论和广义相对论最终是否真的可以相容。