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如果時空像液體一樣——一些物理學家認為這個概念可能有助於解決物理學中兩個主導理論之間令人困惑的分歧——那麼它必須是一種非常特殊的液體。最近的一項研究將天體物理觀測與基於流體時空概念的預測進行了比較，發現這個想法只有在時空非常平滑且自由流動時才有效——換句話說，是一種超流體。
將時空視為液體可能是一個有用的類比。我們通常將空間和時間想象為宇宙的基本背景。但是，如果它們不是基本的，而是由存在於我們無法感知到的更深層現實中的更小的成分構建而成呢？如果是這樣，時空的性質將從其組成部分的底層物理學中“湧現”出來，正如水的性質從構成它的粒子中湧現出來一樣。“水是由離散的單個分子組成的，這些分子根據量子力學的定律相互作用，但是液態水看起來是連續的、流動的、透明的和折射的，”馬里蘭大學帕克分校的物理學家泰德·雅各布森解釋說。“這些都是‘湧現’的性質，在單個分子中找不到，儘管它們最終源於這些分子的性質。”
自20世紀90年代以來，物理學家一直在考慮這種可能性，試圖調和大型尺度上的主導引力理論——廣義相對論——與控制宇宙最小部分的理論——量子力學。這兩種理論似乎在各自的領域內都完美地工作，但在結合大小的極端情況下，例如黑洞（質量非常大，體積非常小），它們之間存在衝突。許多物理學家試圖透過“量化”引力來解決這個問題——將其分成更小的部分，正如量子力學將許多量（如粒子的能級）分解為離散的包一樣。“有很多嘗試量化引力的方法——弦理論和圈量子引力是兩種不同的方法，它們都可以聲稱向前邁進了一大步，”義大利的裡雅斯特國際高等研究學院（SISSA）的物理學家斯特凡諾·利貝拉蒂說。“但是，也許你不需要量化引力，你需要量化構成時空的這個基本物體。”
利貝拉蒂和他在慕尼黑路德維希·馬克西米利安大學的同事盧卡·馬西奧內最近探討了這個想法將如何影響光在宇宙中傳播。一個湧現的時空，一個像流體一樣行為的時空，不會立即與任何其他理論的時空區分開來。但是在極端情況下，例如對於非常高能量的光粒子，利貝拉蒂和馬西奧內發現一些差異將是明顯的。事實上，透過檢查來自蟹狀星雲的跨越宇宙的高能光子的觀測，物理學家能夠排除湧現時空的某些版本，發現如果它是一種流體，那麼它必須是一種超流體。研究人員在4月14日的物理評論快報上發表了他們的研究結果。
在這個類比中，粒子將像海浪一樣在時空中傳播，並且流體力學（凝聚態物理學）的定律將適用。此前，物理學家考慮了不同能量的粒子如何在時空中分散，就像不同波長的波在水中分散或以不同的速度傳播一樣。在最新的研究中，利貝拉蒂和馬西奧內考慮了另一種流體效應：耗散。當波在介質中傳播時，它們會隨著時間的推移而損失能量。研究人員發現，這種阻尼效應也會發生在穿過時空的光子上。研究人員說，儘管這種效應很小，但經過非常長距離傳播的高能光子應該會損失明顯的能量。
一個現實世界的例子是蟹狀星雲，這是一個距離地球約6500光年的超新星遺蹟，它會發出高能X射線和伽馬射線。當這種光到達我們的望遠鏡時，如果時空具有液體的性質，那麼它的能量應該會有所耗散。然而，對蟹狀星雲的觀測沒有顯示出這種效應的跡象。“我們表明，即使它是一種非常小的效應，這種能量損失也會嚴重影響光譜，因為它傳播了很長的時間，”利貝拉蒂說。缺乏耗散訊號使得研究人員能夠對時空中可能存在的液體效應施加強大的約束，表明如果它們存在，則它們必須非常小。“這並不是說這個想法完全被排除在外了，”利貝拉蒂說。然而，這些發現將類似液體的時空的可能性縮小到只有粘度非常低，幾乎不會引起阻尼的液體——超流體。
即使是流體時空概念的支持者也說，這個概念不是很受歡迎，也許不太可能。但這有可能是真的嗎？“我完全不知道，”巴黎南大學的物理學家雷諾·帕倫塔尼說，他最初提出了考慮耗散效應的想法。“我的坦率的看法是，沒有人知道。我們所能做的就是模擬各種可能性。”
如果時空真的是超流體，並且不同能量的光子以不同的速度傳播或隨著時間的推移而耗散，那就意味著相對論並非在所有情況下都成立。相對論的主要原則之一，洛倫茲不變性，指出光速是不變的，無論觀察者的參考系如何。“我們所知的時空是從某種違反相對論的東西中湧現出來的可能性是相當激進的，”雅各布森說。然而，這確實為解決試圖結合相對論和量子力學時出現的一些問題開闢了一條潛在的途徑。“違反相對論將開闢消除當前理論中出現的無限量的可能性，這些無限量對某些人來說似乎不太可能在物理上正確。”
因此，如果時空是超流體，那麼理論物理學家就可以衝浪了。