人們熟悉的時空好似流體一樣展示了奇特風貌，理論物理學家突發(fā)奇想地地構(gòu)想了“流體時空”的概念，他們在量子引力領(lǐng)域建立了創(chuàng)新的理論模型，力求將引力和量子力學完美地融合起來，有些物理模型試圖在引力和量子力學之間建立數(shù)學的關(guān)系，通過新型物理模型的預測，在普朗克尺度（10-33厘米）的范圍，時空已不是人們熟悉的、以經(jīng)典物理學描述的狀態(tài)，“普朗克時空”實際上表現(xiàn)了不連續(xù)性和離散的屬性，好似人們每天接觸的固體和液體。只要儀器有足夠的分辨率，人們就可以觀測到固體和液體內(nèi)部的原子和分子。

理論物理學家創(chuàng)立了離散化的時空結(jié)構(gòu)的新型模型，量子時空結(jié)構(gòu)的總能量非常高，超出了愛因斯坦狹義相對論的能級范圍，而愛因斯坦的廣義相對論以重要基礎(chǔ)部分的狹義相對論為前提。時空在創(chuàng)新的理論框架中顯示了流體的形態(tài)，從流體概念出發(fā)處理時空的結(jié)構(gòu)，這是全新模式的物理分析，物理學家在宏觀尺度上將時空看成是流體物質(zhì)的對象，應(yīng)用流體動力學的分析工具。廣義相對論使用了相似的分析方法，但廣義相對論對流體物質(zhì)內(nèi)部的原子和分子失去了分析的效力，在時空模型的分析中，廣義相對論不能作為分析時空“原子世界”的工具，廣義相對論將時空視為經(jīng)典物理的分析對象，描述了宏觀時空動力學的特征。

時空在創(chuàng)新的理論框架中產(chǎn)生了基礎(chǔ)性的作用，好似人們在日常生活中使用的水由水分子構(gòu)成，而水分子由氫氧原子構(gòu)成一樣。以意大利的里亞斯特高級研究院下屬的國際學院（SISSA）為研究基地，斯特凡諾·利貝拉蒂教授和德國慕尼黑的路德維格·馬克西米連大學的物理學家家盧卡·馬西奧內(nèi)進行了合作研究，在基本粒子物理和高能天體物理相結(jié)合的基礎(chǔ)上，兩人開發(fā)了創(chuàng)新的物理體系，時空對象被描述為流體的形態(tài)，開發(fā)出了一套能夠觀測流體效應(yīng)的方法。利貝拉蒂和馬西奧內(nèi)有了第一次檢驗的設(shè)想，新一期的《物理評論通訊》雜志發(fā)表了兩位科學家時空結(jié)構(gòu)“流體化”的理論成果。

量子力學刻畫了四種宇宙基本力中的三種，它們分別是電磁力、弱相互作用和強相互作用，然而，量子力學解釋不了引力的形成機制，廣義相對論描述了四種宇宙基本力中的一種，相當成功地解釋了經(jīng)典物理學的引力理論，量子力學和廣義相對論結(jié)合為量子引力理論，這將是未來物理學的發(fā)展方向之一，也是目前物理學家面臨的主要挑戰(zhàn)之一。很多理論模型從量子物理學的范疇論證了引力形成的機制，迄今為止，這些理論模型未得到實驗的證實。辨識理論模型的可信度是一項艱巨的理論使命，有些理論模型包含了似是而非的因素，很難令人信服，實證和實驗是檢驗和辨別理論模型的有效標準。

利貝拉蒂和馬西奧內(nèi)設(shè)想了一種檢驗的工具，物理學家在工具的幫助下可以評估多個量子引力理論模型的理論價值。過去的一些量子引力模型顯示，時空由更為基本的實體物質(zhì)粒子構(gòu)成，好似流動的液體，這些理論模型假定了光子的運動和變化發(fā)生在“時空流體”之中，光子在流體中的傳播速度與它們的能量有關(guān)，光子的能量不同，光速隨之不同。光子在時空流體中運動，過去的理論模型缺少細節(jié)性的影響因素，利貝拉蒂和馬西奧內(nèi)認為，假定時空是一種流體，人們就應(yīng)該考慮流體的粘性和其它阻滯性因素的耗散作用，光子的傳播速度不僅僅受到能量大小的影響。

利貝拉蒂和馬西奧內(nèi)對流體的效應(yīng)進行分類，時空流體的粘性效應(yīng)趨向于快速耗散了光子的能量，其它粒子在時空流體中的傳播也是如此。光子耗散了自身的能量，光子卻從數(shù)百萬、數(shù)億光年距離的遙遠天空出發(fā)，經(jīng)過“長途跋涉”之后抵達了地球。意大利科學家利貝拉蒂和德國科學家馬西奧內(nèi)認為，如果時空呈現(xiàn)流體的狀態(tài)，那么時空結(jié)構(gòu)不是普通概念的流體，時空是某種超流體，流體的粘性度在超流體中極低，幾乎接近于零。

利貝拉蒂和馬西奧內(nèi)預測了弱流體的耗散作用，未來天體物理的觀測結(jié)果可能證實他們的理論預測，一旦理論的成果形成了強有力的工具，就可能帶來有實際價值的線索，時空流體的理論模型將不斷出現(xiàn)并加以改進，研究的成果和方法有可能轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的天體物理技術(shù)。時間流逝將被理解為量子引力理論的推斷，從一個簡單的“時間點”演變?yōu)橐粋€現(xiàn)象紛繁的“時間球”，量子力學概念的流體力學在時空物理的研究中將發(fā)揮關(guān)鍵性作用。利貝拉蒂和馬西奧內(nèi)研究量子引力理論，似乎進入了一個概念化和數(shù)學化的世界，理論設(shè)想沒有得到實驗的檢驗，但他們沒有失去理論發(fā)現(xiàn)的新鮮感和興奮感，堅定了在理論科學的道路上走下去的信心。

（編譯：2021-4-29）