2017-09-20 由 量子小飛 發表于科學

讓我們再次拿起假想的顯微鏡，透視到某些物質粒子附近，比如質子，盯住空時自身，我們會看到什麼？當我們注視一個極微小的空間，10-16米，在單個質子尺度內；一個極微小的瞬間，10-24秒，光不足以從質子的一邊跑到另一邊，我們看到了預期的凝固的粒子之舞，量子漲落賦予極微小世界以如此豐富的生命活力。但是，作用於時間和空間的這種效應我們卻什麼也看不到。在稍大一點的尺度，空時如玻璃一樣平滑。沿著這種思想繼續下去，惠勒深入到更微小的尺度，深入到普朗克長度的量級。 所謂普朗克長度是普朗克用一些基本物理常數，包括引力常數G、電磁理論中的光速c、還有以他自己的名字命名的量子常數h湊出來的一個具有長度量綱的量。「他不知道這個長度代表什麼，但是他相信這是一個『自然的』長度，比任何建立在我們日常世界中所見的客體的長度（比如，米最初的定義是從赤道到極點距離的一千萬分之一）更有意義。」 這個常數的意義在惠勒與Misner的討論中浮現出來，他們認為：「正是這個『普朗克長度』設定了空時的量子起伏的尺度。」逐級放大的空間區域，宏觀貌似平滑的時空在最微觀尺度上失去了意義，沒有上下左右前後，只有洶湧的量子泡沫 普朗克長度小得令人不可思議：想像一串小球，每一個小球的直徑都是普朗克長度。如果讓這樣一串小球連起來橫跨質子的直徑，球的數目就會和連起來橫跨新澤西的質子數目一樣多。把100,000個質子排列起來，是一個原子的尺度；把一百萬個原子排列起來，可以從這個句子末端那個句號的一端到另一端。不需要告訴你要用多少個句號橫跨新澤西。相對於普朗克長度來說，甚至我們稱之為基本粒子的那樣微小的實體，都是一片廣袤巨大的不動產。把這個比方從距離轉到錢上，一便士之於美國年度財政預算是一個普朗克長度之於質子線度的一百萬倍。對應於「普朗克長度」，還有一個「普朗克時間」。這是光走過普朗克長度所需要的時間。「如果鐘錶在每一個普朗克時間單位咔噠一聲，一秒鐘咔噠的數目比我們手錶中的石英晶體在宇宙壽命期間振動的數目還要多幾十億倍。普朗克時間短得無法看到——但是並沒有短得無法思考！如果在普朗克長度內發生某些有趣的事情，就會在普朗克時間內發生。」 讓我們的想像力向下旅行進入一個前所未小的區域，在抵達單個質子的尺度後，我們還要走10的二十次冪才能到達普朗克長度。只有在那時，原子和粒子世界光滑如鏡的空時才會讓位給離奇的空時幾何的沸騰的混沌。

蟲洞無非是這種畸變的一個簡單表現。這種起伏是如此巨大，以至於無法就字面的意義談左和右，前和後。長度的通常意義消失了，時間的通常意義也揮發了。對於這種狀態，找不出比量子泡沫更好的詞來命名它。

宇宙量子泡沫

量子泡沫被認為是由非常高能量的虛粒子產生的。虛粒子概念出現於量子場論中，當粒子發生相互作用時，虛粒子短暫地產生並湮滅；儘管虛粒子從未被實際觀測到，但根據虛粒子概念預言的效應被實際觀測到了。虛粒子可被認為在真空中短暫地產生並湮滅，這種真空漲落會影響真空的性質，導致非零能量即真空能的存在；按量子力學概念，這是一種零點能。 普朗克長度是目前物理學所能描述的最小尺度。在這個尺度以下，物理學給不出任何有意義的結論。因而，普朗克長度也就是符號實在的最小尺度。如果從還原論的角度看，量子泡沫應該是實在的最小基元，但卻很難想像這個基元能夠支撐起經典實在。在量子泡沫中，時間和空間都失去意義，因果規律不再有意義，物理學定律也不再有意義。