在宇宙發生大爆炸之前，我們熟知的空間—時間概念實際上不存在，時空結構怎樣產生？大爆炸過程怎樣創造了時空世界？一直以來，時空物理學的基本問題成了理論物理學家探究的焦點。波蘭華沙大學物理系的學者對時空結構問題進行了多年研究，他們最近的理論分析成果令人驚詫不已，“量子引力”主導和引發了宇宙的開端，不是所有的基本粒子都受同樣的空間—時間結構的支配，時空結構隨着粒子的不同而發生相應的變化。在宇宙發生大爆炸的時刻，物質、時間和空間被壓縮到極致狀態，極早期的宇宙形成了極大值的密實、熱度，極大值的引力將基本粒子壓縮成“奇點”。數十年來，世界各國的物理學家努力探究量子引力的存在和特性，在宇宙誕生的原點，量子引力的物理規律發揮了主導作用。

波蘭華沙大學物理學系（FUW）的傑吉·萊萬多斯基教授帶領了一個科學小組，他們出席了第20屆廣義相對論和引力（GR20）國際大會，同時出席了第10屆愛德華多·阿瑪爾迪引力波（Amald10）國際會議，小組成員在學術會議期間提出了“語驚四座”的新型量子宇宙模型，近900位世界各地的物理學家和天文學家聆聽了他們的“科學好創意”，時空概念在宏觀上對每個人的意義不同，時空結構在微觀上對每個粒子的呈現各不相同。萊萬多斯基教授和博士研究生助手安德里亞·戴普爾在分析報告中指出，不同的基本粒子經歷了不同空間—時間存概念。用“圈量子引力”（LQG）概念來描述量子引力，這是科學小組研究的課題之一，他們提出了理論假設的思路，在某種程度上看，空間—時間結構與纖維組織相似，“圈量子引力”時空由微小、圈狀、大密集數量的纖維組織構成。

在“圈量子引力”時空結構的數學模型中，一個1平方釐米的“時空間域”、或“時空場”由100萬的萬億萬億萬億萬億萬億（5個萬億）倍、或10的66次方個“纖維”編織而成，“最小的時空纖維”等同於最小的時空單位。3年前，華沙大學物理系的科學小組提出了“圈量子引力”（LQG）的數學模型，假設的連續時空模型將現代物理學的兩大分支——量子力學和廣義相對論融合起來，模型描述了兩個相互聯系的物理領域，一個是引力領域，廣義相對論描述的空間確定了引力的性質，質量彎曲了時空，彎曲時空導致了引力效應；一個是標量、或純量的領域，最簡單的物質類型和物質的數量分配在每一個空間的“交叉點”。

科學小組構建的時空模型是以量子論為基礎，它與人們在日常活動中接觸的時空世界非常不同。然而，人們熟悉的時空世界怎樣從最初量子引力的時空結構轉化而來？物質和量子引力的相互作用怎樣導致了經典空間—時間樣態的出現？科學小組相信：每一類型的物質在與空間—時間的相互作用中表現了相同的特性。為了理解物質與時空的相互作用，科學小組第一次提出了兩者的相互作用模型，有兩種量子引力與物質粒子相互作用的最簡單情形：零靜止質量的粒子和非零靜止質量的粒子。現代物理學的標準模型描述了基本粒子和它們之間的相互作用。

光子是零質量粒子的一種情形，著名的希格斯粒子、或希格斯波色子是非零質量粒子的一種情形。希格斯粒子的質量為一個純量、或一個標量，希格斯粒子為其它粒子賦予了質量，比如：誇克、電子、介子、陶子和與它們有關的中微子。科學小組從量子引力模型推導了粒子行為的方程式。在不同對稱性空間—時間的條件下、在不同類型粒子的相互作用中，科學小組檢驗了是否獲得了相似和不相似的方程式。他們發現，在零質量粒子的情形中，方程式驗證了粒子對應空間—時間的各項同性、或時空在所有方向有同樣的性質，無論零質量的光子有多大、多小的能量，有多大、多小的動力，光子對應的時空在所有方向表現了一致性。

非零質量粒子的情形不同，粒子的質量在理論模型中似乎是一個附加條件，一個典型的時空結——構既滿足了粒子質量的條件，又滿足了時空在所有方向有相同特性的條件不可能建立起來的、或只能建立各向異性的時空結構，在各向異性的時空結構中，粒子運動的方向是空間—時間的優先方向。非零質量的粒子在運動中經歷了不同性質的空間—時間結構，而且每一種帶質量的粒子有“自身版本”的空間—時間概念，它們的運動方向決定了所經歷的時空特性。

宇宙中有質量粒子的運動造成了時空結構的各項異性。這是一個奇異的構想。科學小組研究了量子世界的行為，在量子化的粒子世界中，我們處在一個“外在的世界”。人們用經典力學的概念看待周圍的時空結構，宇宙時空沒有方向的偏好、或時空具有各向同性的特徵。大量的觀測和物理實驗的數據不能直接證明科學小組的結論，如何從觀測和實驗中檢驗科學小組的結論？這絕非是一件簡單的事情，理論假說是一回事，對理論假說的證實是另一回事。科學小組的理論研究得到了波蘭科學和高等教育部和波蘭國家科學中心的資助。波蘭華沙大學物理系有200多位教職人員，80%以上的教師和科研人員獲得了教授職稱，物理系吸引了1000多名學生，他們在物理學的不同領域開展了成果顯著的探索。

（編譯：2013-8-2）