宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

科学中最关键却未受到充分赏识的成就之一，就是用数学方法描述物理宇宙。具体讲，就是对连贯而流畅的数学函数的运用，比如用正弦函数来描述光和声音。这一做法有时候被称作牛顿运动第零定律，以向运用了类似函数的著名的牛顿三定律致敬。

20世纪初期，阿尔伯特·爱因斯坦对牛顿宇宙学说的地位造成了影响深远的撼动，他向人们展示了宇宙的两个新特性：一是质量可以造成空间的弯曲，二是空间和时间具有内在相关性。他把这一新的概念称为时空。尽管这一观点令人震惊，但它的公式和牛顿的方程一样，连贯并且流畅。

然而，近期一小群研究人员发现，时空本身具有内在的随机性，这使得牛顿第零定律在小尺度上也不再适用了。

让我们来探究这一发现的意义。

 

 

宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

 

首先，什么是时空？你或许还记得在平面几何当中，如果取两个点，通过第一个点画x轴和y轴（也就是把该点当作原点），那么这两个点之间的距离就是x2+y2的平方根，其中x和y是第二个点的坐标。在三维空间中，对应的距离用x2+y2+z2的平方根表示。这些距离是恒定的，它们的值不会因为坐标的画法而改变。

 

 

宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

 

那么，如果把时间作为第四维呢？

四维时空中的一个点被称作一个“事件”：它在空间上的位置由x轴、y轴和z轴确定，在时间上的位置由t确定。那么，两个“事件”之间的距离是多少？用类推的方法，很容易认为这一距离是x2+y2+z2+t2的平方根，但事实并不是这样。如果采用不同的坐标系，这一距离就会变化，所以它事实上并不能真的被看作距离。爱因斯坦发现，恒定距离是x2+y2+z2-ct2的平方根， 其中c代表光速。如果你采用不同的坐标系，x、y、z和t的值可能发生变化，x2+y2+z2-ct2的平方根却不会。