在宇宙發(fā)生大爆炸之前，人們熟知的時空概念實際上并不存在，時空結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了，宇宙大爆炸創(chuàng)造了時空世界，一直以來，時空物理學(xué)的基本問題是理論物理學(xué)家探知的焦點。波蘭華沙大學(xué)物理系的學(xué)者研究了多年的時空結(jié)構(gòu)問題，最近的理論研究結(jié)果令人感到驚詫，“量子引力”引發(fā)和主導(dǎo)了宇宙的開端，所有的基本粒子不是受到了同樣空間——時間結(jié)構(gòu)的支配，隨著粒子的不同，時空結(jié)構(gòu)發(fā)生了相應(yīng)的變化。在宇宙開端的大爆炸時刻，物質(zhì)、時間和空間被壓縮到極致的狀態(tài)，極早期宇宙有極大值的物質(zhì)密實度和熱度，引力的極大值將基本粒子壓縮為宇宙“奇點”。數(shù)十年來，世界各地的物理學(xué)家極力探究了量子引力的存在和特性，量子引力在宇宙誕生的原點發(fā)揮了物理機(jī)制的主導(dǎo)作用。

波蘭華沙大學(xué)物理學(xué)系（FUW）的杰吉·萊萬多斯基教授帶領(lǐng)了一個科學(xué)小組，他們出席了第20屆廣義相對論和引力（GR20）的國際大會，也出席了第10屆愛德華多·阿瑪爾迪引力波（Amald10）的國際會議，科學(xué)小組在學(xué)術(shù)會議上提交了最新的量子宇宙模型，大約900位來自世界各國的物理學(xué)家和天文學(xué)家聆聽了波蘭小組推出的“科學(xué)好創(chuàng)意”。宏觀的時空概念對每個人的意義有所不同，微觀的時空結(jié)構(gòu)對每個粒子有不同的呈現(xiàn)。萊萬多斯基教授和博士研究生助手安德里亞·戴普爾在學(xué)術(shù)報告中指出，不同的基本粒子經(jīng)歷了不同的空間——時間概念。

使用“圈量子引力”（LQG）的概念描述了量子引力，科學(xué)小組的研究課題遵循了理論假設(shè)的思路，從某種程度上講，空間——時間結(jié)構(gòu)與纖維組織十分相似，“圈量子引力”所在的時空由微小、圈狀和大密集數(shù)量的纖維組織構(gòu)成。在圈量子引力對應(yīng)的時空結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型中，1平方厘米的時空間域或時空場由100萬的萬億萬億萬億萬億萬億倍（5個萬億）或10的66次方個纖維單元組成，最小的時空纖維相當(dāng)于最小的時空單位。

三年以前，華沙大學(xué)物理系的科學(xué)小組創(chuàng)建了“圈量子引力”（LQG）的數(shù)學(xué)模型，假設(shè)性的連續(xù)時空模型將現(xiàn)代物理學(xué)的兩大分支——量子力學(xué)和廣義相對論融合在一個模型中，從整體上描述了兩個相互聯(lián)系的物理分支，一個分支深入了引力領(lǐng)域，廣義相對論描述了時空結(jié)構(gòu)，確定了引力的性質(zhì)，實際上是質(zhì)量彎曲了時空，彎曲時空產(chǎn)生了引力效應(yīng)。一個分支深入了標(biāo)量或純量領(lǐng)域，最簡單的物質(zhì)類型和物質(zhì)數(shù)量分布在每一個空間的交叉點。

科學(xué)小組以量子論為基礎(chǔ)創(chuàng)建了時空模型，人們在日?；顒又薪佑|的時空世界與之非常不同，但人們熟悉的時空世界是從最初量子引力的時空結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來的，物質(zhì)和量子引力產(chǎn)生了相互作用，導(dǎo)致了經(jīng)典空間——時間樣態(tài)的出現(xiàn)?？茖W(xué)小組認(rèn)為，同一類型的物質(zhì)在與空間——時間的相互作用中展示了相同的特性。在解釋物質(zhì)與時空相互作用的認(rèn)識中，科學(xué)小組第一次創(chuàng)建了兩者相互作用的模型，有兩種量子引力與物質(zhì)粒子產(chǎn)生相互作用的最簡單情形，一是零靜止質(zhì)量粒子的參與，二是非零靜止質(zhì)量粒子的參與，現(xiàn)代物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型揭示了了基本粒子和粒子相互作用的情形。

光子是一種零質(zhì)量的粒子，著名的希格斯粒子或希格斯波色子是一種非零質(zhì)量的粒子。希格斯粒子的質(zhì)量是一個純量或一個標(biāo)量，希格斯粒子或“上帝粒子”為其它粒子賦予了質(zhì)量，這些粒子包括了夸克、電子、介子、陶子和與它們有關(guān)的中微子。從量子引力模型出發(fā)，科學(xué)小組推導(dǎo)了粒子行為的方程式。在不同的對稱性空間——時間條件下，在不同類型的粒子相互作用中，科學(xué)小組檢驗了相似性和不相似的方程式，在零質(zhì)量粒子的情形中，使用方程式驗證了粒子對應(yīng)的空間——時間的各項同性或時空在所有方向有同等的性質(zhì)，無論零質(zhì)量的光子有多大或多小的能量，有多大或多小的動力，光子對應(yīng)的時空在所有方向表現(xiàn)了一致性。

在非零質(zhì)量粒子的情形中，粒子與時空的對應(yīng)性有所不同，粒子質(zhì)量在理論模型中似乎成為了一項附加的條件，不可能建立一個典型的時空結(jié)構(gòu)，既滿足了粒子的質(zhì)量條件，也滿足了時空在所有方向有相同特性的條件，只能建立各向異性或各向不同的時空結(jié)構(gòu)。在各向異性時空結(jié)構(gòu)的情形中，粒子的運動方向即是空間——時間結(jié)構(gòu)的優(yōu)先方向。非零質(zhì)量的粒子在運動中經(jīng)歷了不同性質(zhì)的空間——時間結(jié)構(gòu)，每一種有質(zhì)量的粒子對應(yīng)了“自身版本”的空間——時間概念，粒子的運動方向決定了它們經(jīng)歷的時空的特性。

宇宙中有質(zhì)量粒子的運動造成了時空結(jié)構(gòu)的各項異性，奇異的構(gòu)想引起了物理學(xué)家的興致?？茖W(xué)小組探究了量子世界的行為，相對于一個在量子化的粒子世界，人們處于一個宏觀化的外在世界，只能用經(jīng)典力學(xué)的概念看待周圍的時空結(jié)構(gòu)。宇宙時空似乎沒有方向偏好或有各向同性的特征，大量觀測和物理實驗的數(shù)據(jù)難以直接證明科學(xué)小組的時空模型，從觀測和實驗結(jié)果檢驗科學(xué)小組的結(jié)論，絕非是一個簡單明了的事情，理論假說不同于對理論假說的證實?？茖W(xué)小組的理論研究得到了波蘭科學(xué)、高等教育部和波蘭國家科學(xué)中心的幫助，波蘭華沙大學(xué)物理系有200多位教師和研究人員，80%以上的教師和科研人員有教授職稱，波蘭大學(xué)物理系吸引了1000多名學(xué)生入學(xué)，在物理學(xué)的不同領(lǐng)域進(jìn)行了卓有成效的探索。

（編譯：2021-8-2）

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