创建“重整混合时空”过程的示意图。

phys.org网站当地时间5月27日报道，美国宾夕法尼亚州立大学的科学家提出了一条新的数学公式，该公式有望破解困扰人类已久的时空认知问题（即爱因斯坦相对论中提出的宇宙结构问题）。“相对论指出，空间和时间能够混合形成单一实体——时空，它具有四维特征，包括三个空间轴和一个时间轴。”宾大材料科学、工程和物理学教授Venkatraman Gopalan说，“然而，时间轴的部分特征却显得非常突兀。”

为了能在相对论范围内进行计算，科学家们必须为时间值插入一个负号。虽然物理学家已经掌握了“时间负数”的用法，但他们无法用传统的欧几里得几何来处理时空，而必须引入更复杂的双曲几何。这次，Gopalan开发的两步数学方法能够模糊空间和时间之间的差异，消除负号问题，搭建起时空的桥梁。“100多年来，研究人员一直希望将空间和时间放在相同的基础之上。但由于负号的存在，这个目标无法达成。新研究至少在狭义相对论中解决了这个问题。在本项工作中，空间和时间确实是建立在同一基础上的。”Gopalan说。

《晶体学报A辑：基础与进展》杂志同日发布了Gopalan的论文，并附带了一篇评论文章。两位物理学家在评论文章中写道，Gopalan的方法可能是统一量子力学和引力的关键。宾大物理学教授Martin Bojowald说：“Gopalan关于广义相对论时空晶体的观点以及获取它们的方法是强大而广泛的。从某种程度上讲，这项研究为一个几十年未解的物理学问题提供了一种新方法。”这种方法使时空与传统几何学相关联，此外，Gopalan的成果还有可能推动时空晶体的开发。

晶体中含有重复排列的原子，而在时空晶体中，物质状态也会随着时间变化发生改变，不断重复。然而，在这些公式中，时间与空间是不相关的。Gopalan的新方法使科学家们得以探索一种空间与时间能够混合的新时空晶体。洛斯阿拉莫斯国家实验室物理学家Avadh Saxena说：“这可能会促成一种全新的超材料。”

Gopalan的新方法究竟有何奥妙？简言之，它将对同一事件的两种不同观测结果混合在了一起：当两个独立观测者交换时间坐标，但保持自己的空间坐标时，就会发生混合。通过重整化的额外数学步骤，这将开启“重整混合时空”。

Gopalan说：“假设在地面上的我和在空间站的你都观察到类似彗星飞过的事件。我们各自估量了观察到事件的时间和地点，然后交换了意见。我以你的时间测量作为我的时间坐标，但保留自己原来的彗星空间测量。反过来，你采用我的时间测量作为你的时间坐标，但保留你自己的空间测量。从数学角度来看，如果我们混合彼此的测量值，烦人的负号就消失了。”

编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《晶体学报A辑：基础与进展》

期刊编号：0108-7673

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