圈量子
科学家经过严格的论证就能证明物质绝不是无限可分的
通过量子力学的标准方法仔细将这两个原理结合起来，我们提出一种数学语言，使我们可
以通过计算来判断时空是连续还是离散的。令人高兴的是，计算揭示出空间是量子化的。
我们建立了我们环形量子理论的基础。顺带说明，名词“圈”来源于理论中的一些计算是
怎样引入划分时空的小圈。
这些计算已经被许多物理学家和数学家用一系列方法重新做过。从此以后的多年里，对圈
量子引力的研究已经发展成为一个相当大的研究领域，包括世界各地许多参与者。大家的
齐心协力给了我们对我将描述时空图像的信心。
我们的理论是最小尺度上时空结构的量子理论。因此为了解释这一理论如何运用，我们要
考虑在一个小区域或体积内它能预言到什么。在处理量子物理问题时，准确指定要测量什
么物理量是必要的。为此，我们考虑某个以边界B标示的区域[见 页]。该边界可以用某些
物质来确定，比如铸铁壳；或通过时空本身的几何形状确定，就像黑洞的视界那样（在该
表面内即使光线也逃不出黑洞引力的束缚）。
如果我们测量这个区域的体积，会发生什么？同时遵循量子理论和微分同胚不变性可能出
现的结果是什么？如果空间几何连续，该区域就可以是任意大小而测量，而结果是任意正
实数；特别是它可以依人的意愿尽可能接近零体积。如果几何结构是粒子性的，测量结果
就是一系列离散数字，而不能小于某个可能的最小体积。这个问题类似于问一个原子核的
电子轨道能量有多少一样。经典力学预言一个电子可以携带任何数量的能量，但量子力学
却只允许它携带特定数量的能量，不会出现这些数值之间的能量值。这种差别就像测量某
些连续流过的东西和某些可数的东西之间的差别，比如19世纪水的概念和水中原子。
圈量子引力理论预言空间就像原子一样：体积测量实验会得出一组离散数据。空间体积以
离散块存在。我们可以测量的另一个量是边界B的面积。应用该理论的计算能得出了明确的
结果：表面积也是离散的。换句话说：空间是不连续的，它只是以面积和体积的特定量子
单元而存在。
体积和面积的可能值以称为普朗克长度的量为单位来测量。该长度与引力的强度、量子的
大小和光速有关系，它用于测量不再连续的空间几何构型的尺度。普朗克长度非常小：10
-33厘米；可能的最小非零面积大约是普朗克长度的平方：10-66平方厘米。最小的非零体
积大约是普朗克长度的立方：10-99立方厘米。因此该理论预言在每立方厘米空间中有109
9个量子体积。量子体积如此之小，以至于每立方厘米中的这种量子数比可见宇宙中的立方
厘米数（1085）还要多。
世界是由物质构成的，物质通常是有结构的，但是物质结构在层次上是否具有基本单元，即德谟克利特式的“原子”是否存在？这是一个长期反复争论而又常新的课 题。当代几种不同的量子引力，尽管对某些问题存在着不同的见解，但是关于这个问题从实质上来看，却给出了一致肯定的回答。
超弦／M理论认为，构成我们世界的物质微观基本单元是具有广延性的弦和brane，并非所谓的只有位置没有大小的数学抽象点粒子。粒子物理学标准模型中的 粒子，都是弦或brane的激发。弦和brane的线度是有限短的Planck长度，它们正是构成我们世界的物质基本单元，即德谟克利特式的“原子”，这 是超弦／M理论为现今所有粒子提供的本体性统一。
圈量子引力给出了在Planck标度面积和体积的量子化性质，即断续的本征值谱，面积和体积分别存在着最小值。由于在圈量子引力中，脱离引力场的背景空间 是不存在的，而引子场是物质的一种形态，因此脱离物质的纯粹空间也就是不存在的。空间体积和面积的不连续性和基本单元的存在，正是物质微观结构的断续性和 基本单元的存在性的最有力论据。
总之，超弦／M理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在Planck标度领域一致地得出了空间量子化和物质微观结 构基本单元存在的结论。这无疑是人们在20世纪末期对我们世界空间时间经典观念的重大突破，也是广义相对论和量子力学统合的成果；同时更是哲学上关于空间 和时间是物质存在的客观形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质学说的一曲凯歌！