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2017/05/29, 生活
让时间和空间分家吧——爱因斯坦的时空理论也许将被推翻
我们想让你知道的是
牛顿对了、爱因斯坦错了吗？如果剖开时空的结构、回头聆听19世纪对于时间的看法，我
们得到的是量子重力论。
撰文：梅拉里（Zeeya Merali）
翻译：宋宜真
牛顿对了、爱因斯坦错了吗？如果剖开时空的结构、回头聆听19世纪对于时间的看法，我
们得到的是量子重力论。
过去数十年来，物理学家一直在为量子力学跟重力理论的结合而奋斗，毕竟自然界中其他
作用力的身世早已厘清且各就各位，例如电磁力就可以用光子的量子力学运动来描述。但
是，若想以量子重力来描述两个物体间的重力，马上就会遇到困难：最后计算出来的解都
是无限大。现在，美国加州大学柏克莱分校的物理学家侯拉瓦（Petr Hoava）认为他发现
问题所在了：这一切都跟时间有关。
更确切来说，问题在于爱因斯坦的重力理论中（也就是广义相对论），空间和时间是如何
连结的。众所皆知，爱因斯坦推翻了牛顿系统中绝对的时间观（牛顿系统中，时间是稳定
地在背景中滴答前进），并提出时间事实上是另一个维度，和空间紧密结合在一起，所形
成的时空结构是会受到物质影响而弯曲变形的。问题在于，量子力学中，时间仍旧维持着
牛顿力学系统中那种超然独立的角色，是物质演出的舞台，而不会受到物质出现与否的影
响。这两种时间的概念是不相容的。
侯拉瓦表示，解决方式就是在非常高能量的状态下，把时间跟空间断开，一如受量子重力
主导的早期宇宙。侯拉瓦说：“我回到牛顿的想法，将时间和空间视为不对等之物。”而
在低能量状态，广义相对论便会从背景架构中浮现，将时间和空间重新缝合。
侯拉瓦以某些奇特物质改变相态的方式，来解释广义相对论的浮现。举例来说，这就像低
温液态氦的性质会发生剧烈改变，形成一种不具摩擦力的“超流体”。他以各种诡异相态
转变的数学来建构他的重力理论，而且目前为止都还可行：其他理论在无限大之处都会遇
到困难，但这个理论则否，而且能建构出运作得当的重力表现，也能符合电脑模拟出的量
子重力。
Liquid_helium_Rollin_film
由I, AlfredLeitner, took this photograph as part of my movie "Liquid
Helium,Superfluid" - 自己的作品，公有领域，
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7741454
处于超流相的液氦，会在杯身内面向上缓慢攀爬，攀越过杯口，然后在杯身外面向下缓慢
滑落，集结在一起，形成一滴液氦珠，最后滴落在下面的液氦里。这样，液氦会一滴一滴
的滴落，直到杯子完全流空为止。
侯拉瓦的理论在2009年1月发表之后，等于为物理界打了一针强心剂。同年11月，物理学
家在加拿大安大略省的滑铁卢圆周理论物理研究所会面，主要是确认这个模型能否正确描
述我们现今所看到的宇宙。当初就是爱因斯坦预测水星运动的准确度高于牛顿的重力理论
，广义相对论才大获全胜。侯拉瓦的重力理论也能获得一样的成功吗？目前的答案似乎是
肯定的。葡萄牙里斯本大学的罗勃（Francisco Lobo）等人已经运用该理论，正确描述出
行星的运动。
还有人对于侯拉瓦的重力理论做出更大胆的声明，尤其是用来解释大霹雳理论中的奇异点
等宇宙学重大难题，因为物理定律在奇异点无法成立。加拿大马吉尔大学的宇宙学家布兰
登柏格（Robert Brandenberger）于2009年8月《物理通讯评论D》的文章中表示，如果侯
拉瓦的重力理论是正确的，那么宇宙并非如大霹雳般炸开，而是反弹开来的。
他说：“充满物质的宇宙将会收缩到一个很小（但有限的）体积，然后再反弹开来。”根
据布兰登柏格的计算，宇宙反弹所生成的涟漪，跟卫星已侦测到的宇宙微波背景辐射是相
符的，而他目前正在寻找其中的特征讯号，以区隔出反弹理论跟大霹雳理论。
日本东京大学宇宙学家向山信治则表示：侯拉瓦的重力理论还创造出一个“暗物质的幻影
”。他在2009年9月的《物理通讯评论D》的文章中解释，在特定情形中，侯拉瓦的重力会
与一般物质交互作用而有所涨落，因此重力会比广义相对论所预测的稍高。基于这个影响
，星系实际包含的物质比能观测到的要多。
此外，韩国国立全北大学的宇宙学家朴武仁（Mu-In Park）认为，能让宇宙加速膨胀的动
力，或许是侯拉瓦的重力，而不是现今所认定的神秘暗能量。朴武仁表示，对宇宙起源最
重要的一项解释，就是空无一物的空间其实有内在的能量去把宇宙往外推。这种内在能量
并非来自于广义相对论，而是从侯拉瓦重力方程式自然推导而来。
本文获《科学人杂志》、《科学人粉丝团》授权刊登，原文刊载于此
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责任编辑：朱家仪
核稿编辑：翁世航