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神奇的量子时空,穿越时空的底层空间,与宇宙无限大相反的无限小

在《蚁人》电影中有这样的片段,穿上蚁人战甲将自己缩小到量子级别就能进入一个特殊的量子时空,进入这个量子时空的代价是永久被困在其中,因为如果你将自己缩小到可以进入量子时空的状态,那么任何仪器都将无法探测和感知到你的存在。你知道吗?《复仇者联盟4》中复仇小队利用量子力学去往平行宇宙拿回宇宙原石,所进入的就是量子时空。那么量子时空真的存在吗?量子时空其实并不是说量子之间的空旷距离,严格来说量子时空指的是时空的最小基本量,也就是直径小于普朗克长度的普朗克空间。

为什么这样说呢,这是因为我们目前所确定的宇宙最小尺寸就是普朗克长度,在这个尺寸下不能容纳任何物质和能量,连最小的光子都无法完全容纳在其中。普朗克长度为1.6×10⁻³³厘米,普朗克空间的直径也小于这个数值,在这个空间内发生的任何事件其实我们都无法感知。甚至不仅我们无法感知,在这个空间内连时间都会无限停止。在当下的物理学中,量子时空没有任何实际意义。并不是说真的没意义,而是说我们对于这个尺寸无可奈何。理论上在这个空间内发生的一切都与宏观宇宙无关,因为量子时空中发生的一切都不会影响宏观宇宙。实际上,当尺度小于原子的情况下,我们已经无法再进行光学成像,所谓的隧道显微镜并不是光学仪器,而是利用量子隧穿原理制造出的量子探测仪。又比如探测原子核,也并不是真的看见了原子核的样子,而是利用高能粒子加速器撞击原子核,撞击后的碎片数据告诉我们,原子核内存在夸克这种物质。

但你要知道,夸克的直径比普朗克长度还要大17个数量级,也就是说除了使用高能粒子撞击的方法,连夸克都无法探测,更不用说直径小于普朗克长度的量子时空了。如果说亚原子尺寸是宏观宇宙信息丢失的临界值,那么普朗克长度就是量子信息丢失的临界值。宇宙时空有两个特别有趣的属性,在宏观宇宙中,当时空距离超过半径465亿光年时,更远距离上的任何信息都会消失,且从我们的视界中永久性丢失。同样的,当尺度小到普朗克长度以下时,所有信息也会消失,且从我们的视界中永久性丢失。我们其实可以将量子时空理解为宇宙空间的漏洞,宇宙时空就像一张巨大无比的网,量子时空就是网上面经纬线之间的漏洞,任何小于这个漏洞的物质和能量都会穿透时空,进入势能更低的底层空间,或者叫基态时空。这个概念要从希格斯机制说起,在希格斯机制中,宇宙空间普遍存在一种希格斯场,穿过希格斯场的微观粒子会被赋予质量。希格斯场中存在希格斯玻色子,这种玻色子的存在证明宇宙时空中仍携带能量,也就是说我们所处的宇宙时空并不是真正的真空,而是一个存在势能的假真空。

这种能量不同于我们已知的最小量子化能量单位,比光子等轻子更小,很可能均匀的藏在普朗克尺度之下的缝隙中。缝隙之外的时空就是真真空,是零势能时空,连时间都不存在。穿过量子时空的方式有两种,一种是《复仇者联盟4》中人为将自己缩小到普朗克长度以下,穿过时空势垒进入基态时空。另一种则是量子隧穿效应,由于量子的能量和位置具有不确定性,一个粒子的能量确定时时,它的位置就是不确定的。也就是说粒子会在时空中来回横跳,如果粒子意外突破时空势垒就很可能跌落到零势能的时空中。所以在理论上,量子时空是可以进入的。不过,当你从一个普朗克空间的缝隙中进入,再从另外一个缝隙中出来时,可能就会发生时空穿梭。

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