How big is 量子泡沫?

量子泡沫是一种假说中的时空结构，认为在最小尺度上，空间和时间不会保持平滑，而是不断翻腾、起伏。它从未被直接观测到，因此上方给出的 9.3 × 10⁻³⁶ 米并非实测值。这个数字等于 9.3 除以一个后面跟着 36 个零的 1。物理学家预计，如果量子泡沫确实存在，它会出现在大约普朗克长度（1.6 × 10⁻³⁵ 米）的尺度上，约为上方数值的 1.7 倍。

大小

时空是空间的三个维度加上时间。在目前能够测量的所有尺度上，时空看起来都是平滑的。但量子力学——解释原子和粒子行为的理论——的部分内容预言，在远小得多的尺度上，时空不会保持平滑：微小区域会不断变化，空间和时间也会失去确定的取值。

这样的泡沫没有可测量的边界，因此理论给出的不是一个确切大小，而是一个尺度：泡沫会在这个尺度上显现出来。NASA 给出的数值，大约是氢原子核宽度的 1 万亿亿（10²⁰）分之一。这大致相当于普朗克长度——引力的量子效应预计开始显现的尺度。具体数值取决于所采用的理论，而物理学家目前还没有一套经过检验、能把引力与量子力学统一起来的理论。

大小比较

量子泡沫的预期尺度与普朗克长度大致相当，普朗克长度是本站中下一个更大的条目。
质子直径约为 1.7 飞米，其宽度约为量子泡沫预期尺度的 1 万亿亿（10²⁰）倍。飞米是 10⁻¹⁵ 米。
如果把量子泡沫的尺度放大到一根人类头发的宽度（约 0.1 毫米）那么大，质子就会变得约有一光年宽。光年是光在一年内传播的距离。
钱德拉 X 射线天文台在下文所述 2015 年测试中观测的类星体，距离地球约 120 亿光年。这一距离约为量子泡沫预期尺度的 7 × 10⁶⁰ 倍，这正是沿途微小效应有可能不断累积的原因。

概念的由来

普林斯顿大学物理学家约翰·惠勒提出了量子泡沫的概念，并为它命名。量子力学早就预言，粒子可以短暂地凭空出现又消失。惠勒设想的还不止于此：他认为时空本身会被搅动成扭曲形状的泡沫。惠勒还让“黑洞”这个说法广为人知。

对泡沫的检验

量子泡沫太小，无法直接看到，因此天文学家转而寻找它对光造成的影响。如果时空真的是泡沫状的，光传播的距离就会出现微小的抖动。在某些模型中，这种抖动会在数十亿光年的传播过程中不断累积，最终让遥远天体的影像变得模糊难辨。

2015 年，佛罗里达理工学院的埃里克·珀尔曼带领团队用类星体检验了这一点。类星体是一种极其明亮的天体，其能量来自物质坠入超大质量黑洞的过程。NASA 的钱德拉 X 射线天文台、NASA 的费米伽马射线空间望远镜以及 VERITAS 望远镜阵列，依然清晰地探测到了遥远的类星体。研究团队据此认为，这排除了两种关于量子泡沫的模型，其中之一是“全息泡沫”模型。

这个问题目前尚无定论。在 2026 年的一篇会议论文中，埃里克·斯坦布林与 2015 年那项研究的作者之一杰克·吴，提出全息泡沫模型其实能够解释一次极亮伽马射线暴测得位置的分散程度。他们把这看作解读这些数据的一种可能方式。量子泡沫的影响能否在长距离上不断累积，这个问题已经争论了 20 多年。