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物質和時空是如何交換能量的?

然而,物理學家表示,這壹切都只是表面現象。能量不守恒是因為我們以前對能量的理解太狹隘了。在微觀問題中,因為真空也有能量,壹旦考慮真空能量,總能量還是守恒的。在宏觀查詢中,廣義相對論早就告訴我們,當空間被彎曲或展開時,能量會被吸收或釋放。因此,紅移光子損失的能量必須被彎曲的時空吸收。壹旦考慮到它周圍時空的能量變化,總能量仍然是守恒的。

這樣看來,又沒什麽好說的了。但是,物質之間的能量交換是可以理解的,但是物質和時空之間是如何交換的呢?比如紅移光子是如何把能量轉移到周圍的時空的?

法國物理學家希伯特·羅塞特試圖解決這個問題。他認為秘密可能藏在廣義相對論和量子力學的交匯處。

這個地方,既涉及廣義相對論,又涉及量子力學,本來應該有壹個統壹的量子引力理論輔助,可惜這個理論至今無人問津。壹個重要的原因是量子力學和相對論在時間和空間上存在巨大的差異。相對論認為時間和空間是連續平滑的;但是,量子力學認為,壹切都是分離的,都是壹份拷貝。如果再深入壹點,就連時空本身也是如此。

我們到目前為止描述的物理現象都是假設時空是光滑連續的。相對論告訴我們,任何有質量的物體,哪怕是壹個微觀粒子,都會扭曲其周圍的時空,扭曲的程度取決於其質量(比如黑洞將其空間扭曲成漏鬥狀)。但如果時空真的是粒狀的,那肯定會對其中的物體產生影響。就像壹個鐵球在厚厚的毯子上滾動。從遠處看,它滾到哪裏就沈到哪裏,但從近處看,妳會發現毯子的表面並不光滑,而是由垂直卷曲的細毛組成。鐵球運動時會被細毛擋住,失去能量。羅塞特說,顆粒空間對於運動的粒子來說就像摩擦力,粒子的能量通過這種形式轉移到“毛茸茸”的空間。

如果這個想法是正確的,那麽宇宙中的物質從大爆炸開始就在不斷地失去能量。當然,對於單個粒子來說,損失的能量非常小,目前的設備無法探測到,但考慮到宇宙的大小和年齡,這些累積的能量壹定相當可觀,足以解釋暗能量的起源。換句話說,暗能量只不過是物質在運動時被時空損耗和吸收的能量。

羅塞特計算出,如果把宇宙中排除暗能量的物質總能量比作10×10×10立方千米的水體,那麽每年損失的能量只相當於壹個質子的質量。把大爆炸以來損失的所有能量加起來,與天文學觀測到的暗能量相比,差距從原來的120數量級縮小到7數量級。他認為,如果他的理論進壹步完善,差距可能會縮小。

當然,這壹理論並非沒有爭議。首先,物理學家很難在粒子尺度上理解時空相關的東西,因為在天體層面上有效的廣義相對論在這裏失效了。其次,Rosette理論中的另壹個假設,即時空是顆粒狀的,在科普文章中已經非常流行,但在科學上還遠未得到證實。所以,要找出暗能量的真正來源,恐怕還需要等待量子力學和廣義相對論相結合的統壹理論。