ساختار دانه‌ای فضا

در حالت عادی، ما تصور می‌کنیم که ساختار فضا و زمان پیوسته است. اما بر اساس نظریه‌های جدید فیزیک، که به آن «نظریه‌ی همه چیز» گفته می‌شود، فضا و زمان نیز ماهیت کوانتومی دارد و گسسته است.

کوچک‌ترین فاصله‌ی ممکن در فضا «طول پلانک» نام دارد که طول آن ۱۰ به توان منهای ۳۵ متر است. مدت زمانی که طول می‌کشد که نور این فاصله را بپیماید، ۱۰ به توان منهای ۴۳ ثانیه است که به آن «زمان پلانک» می‌گویند. اینها کوچک‌ترین ابعاد ممکن برای فضا و زمان هستند که ماهیت کوانتومی فضا و زمان را مشخص می‌کنند.

دانشمندان در طول قرن گذشته تلاش داشتند که «نظریه‌ی نسبیت عام» اینشتین را که برای توضیح ماهیت گرانش ارائه شده است، با «مکانیک کوانتومی» که اثرات سه نیروی دیگر—یعنی الکترومغناطیس و تعاملات هسته‌ای قوی و ضعیف—را توضیح می‌دهد، تلفیق نمایند. نتیجه‌ی آن می‌تواند یک چارچوب واحد باشد که گاه به آن «گرانش کوانتومی» می‌گویند، و تمام ذره‌ها و نیروهای گیتی را توضیح می‌دهد.

از دوران باستان، برخی از فلاسفه‌ی یونان معتقد بودند که واقعیت مانند اعداد حقیقی کاملاً پیوسته است. اگر دو نقطه را، هر چقدر هم نزدیک به یکدیگر، انتخاب کنید، بی‌نهایت نقطه بین آنها وجود دارد. در مقابل، برخی دیگر از فیلسوفان می‌گفتند که در مقیاس بسیار کوچک، همه‌ی چیز‌ها از واحدهای غیرقابل تجزیه تشکیل شده است، که مانند اعداد طبیعی هستند و بین آنها چیزی وجود ندارد.

از زمان پیدایش نظریه‌ی اتمی مدرن در قرن نوزدهم، دیدگاه دانه‌ای و گسسته در مقابل دیدگاه پیوسته ارجحیت پیدا کرد. بعداً در آغاز قرن بیستم، ماکس پلانک مشاهده کرد که حتی نور هم به صورت پاکت‌هایی گسیل می‌شود. از این تجربه‌ی غیرمنتظره، نظریه‌ی میدان کوانتومی پدید آمد که در آن همه‌ی نیروها—به استثنای گرانش—به‌وسیله‌ی ذره‌های ریز یا کوانتوم‌هایی گسیل می‌شوند.

نظریه‌ی نسبیت عام گرانش را به صورت کاملاً متفاوتی توجیه می‌کند که شامل خمیدگی پیوستار فضا-زمان است. یک سیاره بافتار فضا زمان اطراف خود را خمیده می‌کند، به‌گونه‌ای‌که سبب می‌شود اجرام دیگر مانند تیله‌هایی که در یک سطح شیبدار به پایین می‌غلتند، به طرف آن حرکت کنند.

البته جای تعجب نیست که در مقیاس کلان که ما مشاهدات خود را در آن به عمل می‌آوریم، دانه‌ای بودن فضا-زمان مورد توجه قرار نمی‌گیرد. حتی کوارک‌های بسیار ریزی که پروتون‌ها و نوترون‌ها و دیگر ذرات از آنها تشکیل شده‌اند، بزرگ‌تر از آن هستند که دانه‌های مقیاس پلانک را احساس کنند. اما در مقیاس پلانک، تار و پود فضا-زمان پدیدار می‌شود. همان‌گونه که گفته شد، بر اساس نظریه‌های جدید فیزیک، ساختار فضا-زمان ماهیت کوانتومی و گسسته دارد .