时空到底是由什么组成的？

原标题：时空到底是由什么组成的？

今天，在物理学家中候选量子引力理论中，最流行的是弦理论根据这一理论，弦是物质和能量的基本组成部分，产生了在世界各地的粒子加速器中都能看到的无数基本的亚原子粒子弦甚至与引力有关——弦理论假设一个携带引力的粒子，即一个“引力子”存在，并且这是该理论的必然结果。

但是人们很难理解弦理论，它存在于数学领域，物理学家和数学家花了几十年来探索它该理论的大部分结构仍未确定，研究探索仍在计划中，研究者还需填补很多空白在这个新的领域内，起到导航作用的主要技巧是数学上的对偶性，是一种系统和另一种系统之间的对应关系。

奇怪的是，在AdS/CFT对偶关系中，AdS空间比量子CFT多一个维度但物理学家们就喜欢这种不匹配，因为它是几年前构想的另一种对偶关系的特例，这种对偶关系被称为全息原理，由荷兰乌得勒支大学（UtrechtUniversity）的物理学家Gerard’tHooft和斯坦福大学（StanfordUniversity）的物理学家LeonardSusskind提出。

根据黑洞一些独特的特征，Hooft和Susskind猜想一个空间区域的属性可能完全被其边界“编码”换句话说，黑洞的二维表面将包含所有描述三维内部所需的信息，这就像全息图一样“我知道很多人都觉得我们疯了，他们认为两个优秀的物理学家都学坏了。

”Susskind说尽管纠缠令人毛骨悚然，它仍是量子物理学的核心特征在量子力学中，任意两个物体相互作用时，通常都会纠缠在一起，无论它们相距多远，只要它们隔离于世界上的其他事物，它们就会一直纠缠在一起在实验中，物理学家们在相距1000多公里的粒子之间，甚至地面上的粒子和其他被送到轨道卫星上的粒子之间都观察到量子纠缠。

理论上，两个纠缠粒子可以在星系或宇宙的两端维持它们的纠缠距离似乎对纠缠并不重要，这是一个困扰了许多物理学家几十年的难题但是，如果空间是涌现的，那么纠缠可以持续到远距离的能力可能不会特别神秘，毕竟距离是一种空间结构。

普林斯顿大学物理学家ShinseiRyu和京都大学物理学家TadashiTakayanagi对AdS/CFT对偶的研究表明，在AdS空间中产生距离的首要原因是纠缠在对偶关系的的AdS端，任意两个邻近的空间区域对应于CFT端的两个高度纠缠的量子分量。

它们纠缠的程度越大，空间的区域就越近近年来，物理学家们猜想这种关系可能也适用于宇宙“把空间维系在一起，防止其分裂成不同的子区域的是空间两部分之间的纠缠”Susskind说，“空间的连续性和联结性的存在归功于量子纠缠。

”因此，纠缠可能会支撑空间的结构，形成世界几何形状的经线和纬线他还说：“如果你能以某种方式摧毁空间两部分之间的纠缠，这个空间就会崩塌，与涌现相反，空间会消失”如果空间是由纠缠构成的，那么量子引力的谜题更容易解决：空间本身就是从根本的量子现象中产生，而不是试图用量子的方式解释空间扭曲。

Susskind猜想这就是最初很难建立量子引力理论的原因他说：“我认为把广义相对论和量子力学结合起来的方法之所以不奏效，是因为它从广义相对论和量子力学这两种不同的东西开始，然后把它们放在一起我认为关键在于它们的关系过于紧密，以致于不能将其分开再重新组合。

没有量子力学，就没有引力”思考的空间还有其他方法可以解释最新的发现根据加州大学戴维斯分校物理哲学家AlyssaNey的说法，AdS/CFT对偶通常被视为时空从量子系统中产生的一个例子，但这可能并不是其真正含义。

Ney说：“AdS/CFT对偶能够提供一个时空事实和量子理论事实之间的翻译手册这与时空涌现的说法是一致的，一些量子理论是基本的”但她说，反过来也一样，这种对应关系可能意味着量子理论是涌现的，时空是基本的——或者两者都不是基本的，而是还存在一些更深层次的基本事物。

她还表示，涌现是一个很有说服力得观点，她对这个观点的可能性持开放态度“但至少只看AdS/CFT对偶的话，仍然没有看到一个支持时空涌现的明确论据”对弦理论更大的挑战隐藏在显而易见的地方，就在AdS/CFT对偶的名字里。

Susskind说：“我们不生活在反德西特的空间，我们生活在一个更接近德西特空间的地方”德西特空间描述了一个加速和膨胀的宇宙，很像我们的宇宙他总结道：“我们目前还没办法把全息理论应用上去”弄清楚如何为一个更接近真实宇宙的空间建立这种对偶关系是弦理论家们最紧迫的问题之一。

vanRaamsdonk说：“我认为我们之后将能更好地理解如何将这一对偶关系应用到宇宙学版本的理论中”最后，最新的粒子加速器还没有发现超对称性所预测的额外粒子的任何证据，而超对称性正是弦理论所依赖的超对称规定所有已知粒子都有自己的“超对称伙伴”，这使得基本粒子的数量增加一倍。

但是欧洲核子研究中心在日内瓦附近的大型强子对撞机并没有发现这些粒子的迹象设计该对撞机的目的部分在于寻找这些超对称粒子Susskind说：“我们所拥有的所有真正精确的关于时空涌现的版本都是基于超对称理论一旦超对称不存在，就没有办法继续用数学方法计算方程了。

”时空的原子虽然弦理论和圈量子引力理论都认为时空是涌现的，但这两种理论所描述的涌现方式是不同的弦理论认为，时空（或至少是空间）起源于一个看似不相关的系统的行为，即以纠缠的形式涌现比如单个司机的集体行为造成交通堵塞。

这些汽车不是由交通堵塞构成的，而交通堵塞是由汽车造成的而另一种理论，在圈量子引力理论中，时空的涌现更像是一座由风中沙粒集体运动产生的倾斜沙丘我们熟悉的平滑时空由时空中微小“颗粒”的集体行为产生；就像沙丘一样，时空中的这些厚实的晶体颗粒仍然是沙子，但它们看起来或表现得并不像起伏的沙丘。

由于缺乏证据，大多数物理学家都把希望寄托在天空上在大爆炸发生的早期，整个宇宙都非常微小而密集——这种情况需要量子引力来描述今天，大爆炸的回声可能仍残留在天空中Maldacena说：“我认为验证量子引力最好的办法是通过宇宙学。

宇宙学中可能有一些我们现在认为不可预测的东西，在我们理解了完整的理论或者了解到一些我们从未想到的新事物之后，就可以预测到了”然而，在实验室中至少间接验证弦理论或许也会成为可能科学家们希望在研究AdS/CFT对偶时，不是通过探测宇宙时空，而是通过建立高度纠缠的原子系统，并观察它们的行为是否与时空和引力类似。

Maldacena表示，