中财网八月桂花香费玉清:信息科学哲学--------第二次文艺复兴与信息化
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/26 07:56:00
作者：斯莫林（Lee Smolin），加拿大圆周理论物理研究院（Perimeter Institute for Theoretical Physics）学者
斯莫林（Lee Smolin）,浏览:http://www.21chinaweb.com/bbs/ShowPost.asp?ThreadID=39
Lee Smolin文献索引: http://scholar.google.com/scholar?q=Lee+Smolin&hl=en&btnG=Search
翻译：林世昀
时间如时钟一样＂滴答＂前行
空间由一条条线编织而成
环圈量子重力理论预测，空间就像原子一样：在测量体积的实验中，我们只会得到一组离散数字的集合，体积由独立的小块组成。另一个我们可以测量的量是边界B的面积。一样，运用本理论计算，所得到的结果亦是毫不含糊的：这个曲面的面积也是离散的。换言之，空间并不是连续的。它只由面积与体积的特定量子单位所构成。
测量体积和面积时，可能得到的数值，是以所谓的「普朗克长度」（Planck length）为单位。这个长度与重力的强度、量子的大小和光速都有关。它标示了空间几何不再连续的尺度。普朗克长度非常微小：10-33公分。非零的最小可能面积，就是普朗克长度的平方，也就是10-66平方公分。而非零的最小体积，则是普朗克长度的立方，10-99立方公分。因此，理论预测，每立方公分的空间里，约有1099个空间量子。空间量子之微小，小到一立方公分里的空间量子数目，竟比整个可见宇宙所包含的体积（1085立方公分）还多。
自旋网络
关于时空，我们的理论还告诉了我们什么？首先，这些体积与面积的量子态看起来像什么？空间是由一堆小方块，还是小圆球所组成的？答案是：都不是，没有那么简单。话说回来，我们还是可以画出代表体积与面积量子态的图示。对于研究这个领域的同行来说，这些图示非常漂亮，因为它们能连接到一个优雅的数学分枝。
要看这些图示怎么运作，可以想象我们有一块形如正立方体的空间。在我们的图示中，我们以一个点来描述这个正立方体，它代表一个体积元，还有六条线向外伸，每条代表正立方体的一个面。在这个点旁边有一个数字，是用来标记体积的大小，而每条线旁边的数字，则标记着这条线所指表面的面积。
接着，假设我们在正立方体的顶面摆一个金字塔。这两个共享同一个面的多面体，就用两个点（两个体积元）和两点之间连结的一条线（代表两个多面体邻接的面）来表示。正立方体还有其它五个面露出来（五条向外伸的线），金字塔则有四个（四条向外伸的线）。很清楚的，除了正立方体与金字塔，含有其它形状多面体的更复杂排列，都可以用这些点线图示来加以描述：每个多面体的体积变成一个点，或称「节点」，多面体的每个平面则变成一条线，而连接节点的线，就代表多面体之间邻接在一起的面。数学家便把这些线条图示叫做「图」（graph）。
现在，在我们的理论中，我们把多面体的形象丢掉，留着图就好了。描述体积与面积量子态的数学会给我们一套规则，让我们知道节点和线要怎样才能连接，以及图里头哪里可以放什么数字等等。每个量子态都对应到其中一个图，而每个合乎规则的图也对应到一个量子态。对所有可能的空间量子态来说，图是一种很方便的速记法（量子态的数学与其它细节太复杂了，没有办法在这里讨论；我们最多只能展示一些相关的图示而已）。
比起多面体，图是一种比较好的量子态表示法。尤其是，有些用奇怪方式连接的图，并不能转换成整齐的多面体图案。比如说，要是空间是弯曲的，不管我们用任何画法，都不能把一堆多面体适当地嵌合在一起，可是，我们还是很容易把图画出来。的确，我们可以拿出一个图，然后由它算出空间的扭曲程度。由于空间的扭曲就是重力的来源，这些图示便构成了重力的量子理论。
为了简单起见，我们通常把图画成二维的，不过最好还是把他们想象是充填在三维空间中，因为那正是它们所代表的。但这里有个观念上的陷阱：图的线和节点并不是存在空间中的特定位置上。每个图的定义，要视各个单元连接在一起的方式，以及它们与一个定义良好的边界（如边界B）之间的关系。你用来想象「图」的三维连续空间背景，并不能当做独立于图之外的一个实体。线和节点就是所有的存在；它们就是空间，而它们连接的方式就定义了空间的几何。
这些图叫做「自旋网络」（spin network），因为它们上头标示的数字，和一种叫做「自旋」的量有关。这是英国牛津大学的彭若斯（Roger Penrose）在1970年代早期首先提出，而自旋网络也许会在量子重力的理论中，扮演某种角色。1994年，当我们发现我们的精确计算与他的直觉不谋而合时，不禁雀跃万分。熟悉费曼图（Feynman diagram）的读者，应该已经注意到了，我们的自旋网络并不是费曼图，尽管它们从表面上看起来十分类似。费曼图表示的是粒子间的量子作用力，是从一个量子态进行到另一个量子态的；而我们的每个图代表的却是某个空间体积与面积的固定量子态。
图里头个别的节点与边线，代表的是空间的极小区域：一个典型的节点代表一个大小约为一个普朗克长度立方的体积，一条典型的线则约代表一个普朗克长度平方的面积。不过原则上，对一个自旋网络的大小和复杂度，我们的理论并没有任何限制。如果我们能画出一个我们宇宙量子态的详细图像（亦即被星系、黑洞和其它物体的重力所弯曲的空间几何），那么，这个巨大的自旋网络的复杂度是无法想象的，它的节点多达10184个左右。
这些自旋网络能描述空间的几何，可是包含在那个空间中的所有物质跟能量要怎么办？那些占据空间中某个位置与区域的粒子与场，我们该如何表示呢？粒子（如电子）对应的是某些型式的节点，可在节点上加注更多的标记来表示；场（如电磁场）也可在图中的在线加注额外的标记来表示。至于粒子与场在空间中的移动，则以这些标记在图上一步步的跳跃来表示。
一步一滴答
时间犹如无数个时钟的滴答声，一格格地前进。
会移来移去的不只是粒子与场。根据广义相对论，空间的几何也会随时间变化。空间的弯曲会随着物质与能量的移动而改变，其波动则可以像湖面上的涟漪般穿越空间。在环圈量子重力中，这些过程便以图中的变化来表示。它们随着时间，以连续若干「步」（move）的方式演化，每走一「步」，图的连接性质都会改变。
当物理学家用量子力学来描述现象时，他们会去计算不同过程的或然率。我们应用环圈量子重力来描述现象的时候，也是做相同的事情，不管是在描述粒子与场在自旋网络上的移动，或是空间几何本身随时间的演化，都是一样。特别一提的是，加拿大滑铁卢圆周理论物理研究院的提曼（Thomas Thiemann），已经导出自旋网络步进的精确量子或然率。有了这些，整个理论就完全确立了：我们有完整定义的步骤，任何在我们理论规则的世界中，所能发生的任何过程的或然率，都可以计算。剩下的就只是实际去计算，算出对各类实验观测结果的预测。
爱因斯坦的狭义与广义相对论，把空间与时间结合成一个单一、融合的实体，称为「时空」。而在环圈量子重力里用来表示空间的自旋网络，则变身为我们所谓的「自旋沫」（spin foam），来纳入时空的观念。加入了另一个维度（时间），自旋网络的线便长成了二维曲面，而节点则长成了线。自旋网络变化的转折处（之前讨论的「步」），现在就用泡沫中的线所汇合的节点来表示。时空的自旋沫图像乃是由许多人所提出，包括罗维理、现于乌拉圭蒙特维迪亚大学的莱森博格（Mike Reisenberger）、英国诺丁汉大学的巴瑞特（John Barrett）、美国堪萨斯州立大学的克瑞恩（Louis Crane）、加州大学河滨分校的巴艾兹（John Baez），以及加拿大圆周理论物理研究院的马可波罗（Fotini Markopoulou）。
用时空的方式来看，在某个特定时间的一张快照，就如同一张时空的横面切片。在自旋沫上取一张这样的切片，就是一个自旋网络。不过把这样的切片，幻想成有如平滑的时间流般连续地变化，则是不对的。如同空间是用自旋网络的离散几何来定义一样，时间也是由一序列个别的步所定义，每进一步，网络就重新排列一次。如此一来，时间也就变成离散的了。时间并不像一条长河般地流动，而是如时钟的滴答声一般，每「滴答」一次，就大约是一个普朗克时间：10-43秒。说得更精确些，我们的宇宙中，时间就是以数不清的时钟滴答声来流动；意思是，在自旋沫中每个量子「步」发生的位置，就有一个时钟在此滴答一声。
已通过数道检验关卡
我已经略述了在普朗克尺度下，环圈量子重力对时间与空间有什么说法，可是我们并没有办法考察这个尺度下的时空，来直接地验证这个理论。这个尺度实在太小了。所以，我们要怎样来检验我们的理论呢？一个重要的检验是，我们能否从环圈量子重力导出一个近似理论，而它就是古典广义相对论？换句话说，假如自旋网络像是织出一块布的丝线，这就如同在问：我们是否能将几千条丝线的性质加以平均，来算出这片布料正确的弹性。当自旋网络在好多个普朗克长度之下做了平均以后，是否能以一种与爱因斯坦古典理论的「平滑布料」约略相符的方式，来描述空间的几何及其演化？这是个困难的问题，不过近来已经有学者在几个特例（或可以说是物质的某些形态）上有所进展。比如说，波长较长的重力波，在平坦（没被弯曲）的时空中传播，便可以描述为环圈量子重力理论中特定量子态的激发状态。
另一个成果丰硕的检验，是针对一个长久以来重力物理与量子理论的谜：「黑洞热力学」，特别是和无序性有关的熵。我们来看看环圈量子重力对此有什么说法。物理学家计算关于黑洞热力学的预测，用的是一种混合的近似理论，其中的物质以量子力学处理，但时空并不是。一个重力的完整量子理论，如环圈量子重力，应该要能重现这些预测。具体而言，1970年代，现于以色列耶路撒冷希伯来大学的柏肯斯坦（Jacob D. Bekenstein），曾推论黑洞熵必须正比于其表面积〈信息、黑洞、全像宇宙〉）。不久之后，霍金（Stephen Hawking）推演出黑洞（特别是小黑洞）必须放出辐射。这些预言，名列过去30年中理论物理最伟大的成果。
为了用环圈重力理论做计算，我们将边界B取为黑洞的事件视界。当我们分析有关量子态的熵时，我们所得到的正完全符合柏肯斯坦的预测。同样地，这个理论也重现了霍金对黑洞辐射的预言。事实上，它还对霍金辐射的精细结构做了更进一步的预测。只要有微小的黑洞被观测到，就可以研究从它发出的辐射光谱，来检验这项预测。话说回来，这可能是很久以后的事情，因为我们根本没有制造黑洞的技术，更别提是小的还是大的了。
实验技术上的障碍
空间是由一条条丝线所编织而成
的确，乍看之下，任何环圈量子重力的实验检测，都是技术上的巨大挑战。麻烦在于，这个理论所描述的特征效应，只有在普朗克尺度这个微小的面积与体积量子下，才会变得明显。比起目前计划中最高能量的粒子加速器所能探测到的尺度（探测越短的距离尺度，需要越高的能量），普朗克尺度还要小上16个数量级。由于我们无法运用加速器来达到普朗克尺度，许多人对于量子重力理论的验证，已经不抱什么希望了。不过，在过去几年里，已经有一些想象力丰富的年轻学者，想出了立即可行的新方法，来检验环圈量子重力的预测。这些方法靠的是光在穿越宇宙时的传播过程。当光穿过介质时，它的波长会受到一点扭曲，而导致一些偏折（就像光穿过水面所产生的效应）或是不同波长的色散效应。这些效应在光和粒子穿过自旋网络所描述的离散空间时，也会发生。
不幸的是，这些效应的大小和普朗克尺度对波长的比值成正比。对可见光来说，这个比值比10-28还小；就算对至今测到过最强的宇宙射线来说，这个比值也只有十亿分之一。对于任何我们能观测到的辐射，空间的颗粒结构所产生的效应都非常小。但这些年轻学者注意到，当光走过一段长距离时，这些效应会累积。因此我们可以去侦测来自数十亿光年以外，如从γ射线爆发等事件所发射出来的光与粒子。
γ射线爆发会在非常短的爆炸内，喷发出能量范围相当大的光子。乌拉圭共和国大学的甘比尼（Rodolfo Gambini）、美国路易斯安那州立大学的普林（Jorge Pullin）与其它人用环圈量子重力所做的计算，预测不同能量的光子会以略微不同的速率行进，因此到达的时间会有些许差异。我们可以在γ射线爆发的卫星观测数据中寻找这个效应。目前为止的精确度，约为所需的千分之一，不过，预计在2006年升空的新观测卫星「大区域γ射线太空望远镜」（GLAST），将会有符合我们所需的精确度。
读者也许会问，这个结果是否意味着爱因斯坦的狭义相对论是错的，因为狭义相对论预测了光速恒为常数。许多人，包括意大利罗马萨宾扎大学的阿梅利诺–卡梅利亚（Giovanni Amelino-Camelia）、英国伦敦大学帝国学院的马逵荷（Joao Magueijo），以及我本人，已经导出了爱因斯坦理论的修正版本，可以容许高能光子有不同的行进速率。我们的理论主张，原来狭义相对论中，那个不变的光速是能量非常低（或是波长非常长）的光子，才具有的速率。
离散时空的另一个可能的效应，牵涉到极高能量的宇宙射线。30多年前，就曾有学者预测，宇宙射线中能量超过3×1019电子伏特的质子，会被充塞于空间中的微波背景辐射所散射，因此永远到不了地球。令人困惑的是，日本一个叫做「明野广域空气粒子雨观测装置」（AGASA）的实验，已经侦测到多于10个能量高于这个上限的宇宙射线。原来空间的离散结构，居然能提高散射反应所需的能量，而允许更高能量的宇宙射线质子到达地球。因此如果AGASA的观测持续下去，而且找不到其它的解释，那么我们也许早就侦测到空间的离散性而不自知了。
【本文转载自《科学人杂志》2004年2月号】
斯莫林（Lee Smolin）,浏览:http://www.21chinaweb.com/bbs/ShowPost.asp?ThreadID=39
Lee Smolin文献索引: http://scholar.google.com/scholar?q=Lee+Smolin&hl=en&btnG=Search
翻译：林世昀
时间如时钟一样＂滴答＂前行
空间由一条条线编织而成
环圈量子重力理论预测，空间就像原子一样：在测量体积的实验中，我们只会得到一组离散数字的集合，体积由独立的小块组成。另一个我们可以测量的量是边界B的面积。一样，运用本理论计算，所得到的结果亦是毫不含糊的：这个曲面的面积也是离散的。换言之，空间并不是连续的。它只由面积与体积的特定量子单位所构成。
测量体积和面积时，可能得到的数值，是以所谓的「普朗克长度」（Planck length）为单位。这个长度与重力的强度、量子的大小和光速都有关。它标示了空间几何不再连续的尺度。普朗克长度非常微小：10-33公分。非零的最小可能面积，就是普朗克长度的平方，也就是10-66平方公分。而非零的最小体积，则是普朗克长度的立方，10-99立方公分。因此，理论预测，每立方公分的空间里，约有1099个空间量子。空间量子之微小，小到一立方公分里的空间量子数目，竟比整个可见宇宙所包含的体积（1085立方公分）还多。
自旋网络
关于时空，我们的理论还告诉了我们什么？首先，这些体积与面积的量子态看起来像什么？空间是由一堆小方块，还是小圆球所组成的？答案是：都不是，没有那么简单。话说回来，我们还是可以画出代表体积与面积量子态的图示。对于研究这个领域的同行来说，这些图示非常漂亮，因为它们能连接到一个优雅的数学分枝。
要看这些图示怎么运作，可以想象我们有一块形如正立方体的空间。在我们的图示中，我们以一个点来描述这个正立方体，它代表一个体积元，还有六条线向外伸，每条代表正立方体的一个面。在这个点旁边有一个数字，是用来标记体积的大小，而每条线旁边的数字，则标记着这条线所指表面的面积。
接着，假设我们在正立方体的顶面摆一个金字塔。这两个共享同一个面的多面体，就用两个点（两个体积元）和两点之间连结的一条线（代表两个多面体邻接的面）来表示。正立方体还有其它五个面露出来（五条向外伸的线），金字塔则有四个（四条向外伸的线）。很清楚的，除了正立方体与金字塔，含有其它形状多面体的更复杂排列，都可以用这些点线图示来加以描述：每个多面体的体积变成一个点，或称「节点」，多面体的每个平面则变成一条线，而连接节点的线，就代表多面体之间邻接在一起的面。数学家便把这些线条图示叫做「图」（graph）。
现在，在我们的理论中，我们把多面体的形象丢掉，留着图就好了。描述体积与面积量子态的数学会给我们一套规则，让我们知道节点和线要怎样才能连接，以及图里头哪里可以放什么数字等等。每个量子态都对应到其中一个图，而每个合乎规则的图也对应到一个量子态。对所有可能的空间量子态来说，图是一种很方便的速记法（量子态的数学与其它细节太复杂了，没有办法在这里讨论；我们最多只能展示一些相关的图示而已）。
比起多面体，图是一种比较好的量子态表示法。尤其是，有些用奇怪方式连接的图，并不能转换成整齐的多面体图案。比如说，要是空间是弯曲的，不管我们用任何画法，都不能把一堆多面体适当地嵌合在一起，可是，我们还是很容易把图画出来。的确，我们可以拿出一个图，然后由它算出空间的扭曲程度。由于空间的扭曲就是重力的来源，这些图示便构成了重力的量子理论。
为了简单起见，我们通常把图画成二维的，不过最好还是把他们想象是充填在三维空间中，因为那正是它们所代表的。但这里有个观念上的陷阱：图的线和节点并不是存在空间中的特定位置上。每个图的定义，要视各个单元连接在一起的方式，以及它们与一个定义良好的边界（如边界B）之间的关系。你用来想象「图」的三维连续空间背景，并不能当做独立于图之外的一个实体。线和节点就是所有的存在；它们就是空间，而它们连接的方式就定义了空间的几何。
这些图叫做「自旋网络」（spin network），因为它们上头标示的数字，和一种叫做「自旋」的量有关。这是英国牛津大学的彭若斯（Roger Penrose）在1970年代早期首先提出，而自旋网络也许会在量子重力的理论中，扮演某种角色。1994年，当我们发现我们的精确计算与他的直觉不谋而合时，不禁雀跃万分。熟悉费曼图（Feynman diagram）的读者，应该已经注意到了，我们的自旋网络并不是费曼图，尽管它们从表面上看起来十分类似。费曼图表示的是粒子间的量子作用力，是从一个量子态进行到另一个量子态的；而我们的每个图代表的却是某个空间体积与面积的固定量子态。
图里头个别的节点与边线，代表的是空间的极小区域：一个典型的节点代表一个大小约为一个普朗克长度立方的体积，一条典型的线则约代表一个普朗克长度平方的面积。不过原则上，对一个自旋网络的大小和复杂度，我们的理论并没有任何限制。如果我们能画出一个我们宇宙量子态的详细图像（亦即被星系、黑洞和其它物体的重力所弯曲的空间几何），那么，这个巨大的自旋网络的复杂度是无法想象的，它的节点多达10184个左右。
这些自旋网络能描述空间的几何，可是包含在那个空间中的所有物质跟能量要怎么办？那些占据空间中某个位置与区域的粒子与场，我们该如何表示呢？粒子（如电子）对应的是某些型式的节点，可在节点上加注更多的标记来表示；场（如电磁场）也可在图中的在线加注额外的标记来表示。至于粒子与场在空间中的移动，则以这些标记在图上一步步的跳跃来表示。
一步一滴答
时间犹如无数个时钟的滴答声，一格格地前进。
会移来移去的不只是粒子与场。根据广义相对论，空间的几何也会随时间变化。空间的弯曲会随着物质与能量的移动而改变，其波动则可以像湖面上的涟漪般穿越空间。在环圈量子重力中，这些过程便以图中的变化来表示。它们随着时间，以连续若干「步」（move）的方式演化，每走一「步」，图的连接性质都会改变。
当物理学家用量子力学来描述现象时，他们会去计算不同过程的或然率。我们应用环圈量子重力来描述现象的时候，也是做相同的事情，不管是在描述粒子与场在自旋网络上的移动，或是空间几何本身随时间的演化，都是一样。特别一提的是，加拿大滑铁卢圆周理论物理研究院的提曼（Thomas Thiemann），已经导出自旋网络步进的精确量子或然率。有了这些，整个理论就完全确立了：我们有完整定义的步骤，任何在我们理论规则的世界中，所能发生的任何过程的或然率，都可以计算。剩下的就只是实际去计算，算出对各类实验观测结果的预测。
爱因斯坦的狭义与广义相对论，把空间与时间结合成一个单一、融合的实体，称为「时空」。而在环圈量子重力里用来表示空间的自旋网络，则变身为我们所谓的「自旋沫」（spin foam），来纳入时空的观念。加入了另一个维度（时间），自旋网络的线便长成了二维曲面，而节点则长成了线。自旋网络变化的转折处（之前讨论的「步」），现在就用泡沫中的线所汇合的节点来表示。时空的自旋沫图像乃是由许多人所提出，包括罗维理、现于乌拉圭蒙特维迪亚大学的莱森博格（Mike Reisenberger）、英国诺丁汉大学的巴瑞特（John Barrett）、美国堪萨斯州立大学的克瑞恩（Louis Crane）、加州大学河滨分校的巴艾兹（John Baez），以及加拿大圆周理论物理研究院的马可波罗（Fotini Markopoulou）。
用时空的方式来看，在某个特定时间的一张快照，就如同一张时空的横面切片。在自旋沫上取一张这样的切片，就是一个自旋网络。不过把这样的切片，幻想成有如平滑的时间流般连续地变化，则是不对的。如同空间是用自旋网络的离散几何来定义一样，时间也是由一序列个别的步所定义，每进一步，网络就重新排列一次。如此一来，时间也就变成离散的了。时间并不像一条长河般地流动，而是如时钟的滴答声一般，每「滴答」一次，就大约是一个普朗克时间：10-43秒。说得更精确些，我们的宇宙中，时间就是以数不清的时钟滴答声来流动；意思是，在自旋沫中每个量子「步」发生的位置，就有一个时钟在此滴答一声。
已通过数道检验关卡
我已经略述了在普朗克尺度下，环圈量子重力对时间与空间有什么说法，可是我们并没有办法考察这个尺度下的时空，来直接地验证这个理论。这个尺度实在太小了。所以，我们要怎样来检验我们的理论呢？一个重要的检验是，我们能否从环圈量子重力导出一个近似理论，而它就是古典广义相对论？换句话说，假如自旋网络像是织出一块布的丝线，这就如同在问：我们是否能将几千条丝线的性质加以平均，来算出这片布料正确的弹性。当自旋网络在好多个普朗克长度之下做了平均以后，是否能以一种与爱因斯坦古典理论的「平滑布料」约略相符的方式，来描述空间的几何及其演化？这是个困难的问题，不过近来已经有学者在几个特例（或可以说是物质的某些形态）上有所进展。比如说，波长较长的重力波，在平坦（没被弯曲）的时空中传播，便可以描述为环圈量子重力理论中特定量子态的激发状态。
另一个成果丰硕的检验，是针对一个长久以来重力物理与量子理论的谜：「黑洞热力学」，特别是和无序性有关的熵。我们来看看环圈量子重力对此有什么说法。物理学家计算关于黑洞热力学的预测，用的是一种混合的近似理论，其中的物质以量子力学处理，但时空并不是。一个重力的完整量子理论，如环圈量子重力，应该要能重现这些预测。具体而言，1970年代，现于以色列耶路撒冷希伯来大学的柏肯斯坦（Jacob D. Bekenstein），曾推论黑洞熵必须正比于其表面积〈信息、黑洞、全像宇宙〉）。不久之后，霍金（Stephen Hawking）推演出黑洞（特别是小黑洞）必须放出辐射。这些预言，名列过去30年中理论物理最伟大的成果。
为了用环圈重力理论做计算，我们将边界B取为黑洞的事件视界。当我们分析有关量子态的熵时，我们所得到的正完全符合柏肯斯坦的预测。同样地，这个理论也重现了霍金对黑洞辐射的预言。事实上，它还对霍金辐射的精细结构做了更进一步的预测。只要有微小的黑洞被观测到，就可以研究从它发出的辐射光谱，来检验这项预测。话说回来，这可能是很久以后的事情，因为我们根本没有制造黑洞的技术，更别提是小的还是大的了。
实验技术上的障碍
空间是由一条条丝线所编织而成
的确，乍看之下，任何环圈量子重力的实验检测，都是技术上的巨大挑战。麻烦在于，这个理论所描述的特征效应，只有在普朗克尺度这个微小的面积与体积量子下，才会变得明显。比起目前计划中最高能量的粒子加速器所能探测到的尺度（探测越短的距离尺度，需要越高的能量），普朗克尺度还要小上16个数量级。由于我们无法运用加速器来达到普朗克尺度，许多人对于量子重力理论的验证，已经不抱什么希望了。不过，在过去几年里，已经有一些想象力丰富的年轻学者，想出了立即可行的新方法，来检验环圈量子重力的预测。这些方法靠的是光在穿越宇宙时的传播过程。当光穿过介质时，它的波长会受到一点扭曲，而导致一些偏折（就像光穿过水面所产生的效应）或是不同波长的色散效应。这些效应在光和粒子穿过自旋网络所描述的离散空间时，也会发生。
不幸的是，这些效应的大小和普朗克尺度对波长的比值成正比。对可见光来说，这个比值比10-28还小；就算对至今测到过最强的宇宙射线来说，这个比值也只有十亿分之一。对于任何我们能观测到的辐射，空间的颗粒结构所产生的效应都非常小。但这些年轻学者注意到，当光走过一段长距离时，这些效应会累积。因此我们可以去侦测来自数十亿光年以外，如从γ射线爆发等事件所发射出来的光与粒子。
γ射线爆发会在非常短的爆炸内，喷发出能量范围相当大的光子。乌拉圭共和国大学的甘比尼（Rodolfo Gambini）、美国路易斯安那州立大学的普林（Jorge Pullin）与其它人用环圈量子重力所做的计算，预测不同能量的光子会以略微不同的速率行进，因此到达的时间会有些许差异。我们可以在γ射线爆发的卫星观测数据中寻找这个效应。目前为止的精确度，约为所需的千分之一，不过，预计在2006年升空的新观测卫星「大区域γ射线太空望远镜」（GLAST），将会有符合我们所需的精确度。
读者也许会问，这个结果是否意味着爱因斯坦的狭义相对论是错的，因为狭义相对论预测了光速恒为常数。许多人，包括意大利罗马萨宾扎大学的阿梅利诺–卡梅利亚（Giovanni Amelino-Camelia）、英国伦敦大学帝国学院的马逵荷（Joao Magueijo），以及我本人，已经导出了爱因斯坦理论的修正版本，可以容许高能光子有不同的行进速率。我们的理论主张，原来狭义相对论中，那个不变的光速是能量非常低（或是波长非常长）的光子，才具有的速率。
离散时空的另一个可能的效应，牵涉到极高能量的宇宙射线。30多年前，就曾有学者预测，宇宙射线中能量超过3×1019电子伏特的质子，会被充塞于空间中的微波背景辐射所散射，因此永远到不了地球。令人困惑的是，日本一个叫做「明野广域空气粒子雨观测装置」（AGASA）的实验，已经侦测到多于10个能量高于这个上限的宇宙射线。原来空间的离散结构，居然能提高散射反应所需的能量，而允许更高能量的宇宙射线质子到达地球。因此如果AGASA的观测持续下去，而且找不到其它的解释，那么我们也许早就侦测到空间的离散性而不自知了。
【本文转载自《科学人杂志》2004年2月号】