你能看清这个问号底部的圆点吗？如果你站在几米外呢？普通人眼能分辨的最细微细节，大约相当于在一米距离处看到的句号大小。这被称为“分辨率”。光学系统（如人眼）的最佳分辨率，大致由所观察光的波长与该光线通过的孔径大小之比决定。
在天文学中，分辨率的原理完全相同。这解释了为何我们要建造越来越大的望远镜：大型望远镜不仅能收集更多光线，从而看得更远，而且原则上，望远镜的孔径越大，成像效果就越好。
但现在，一项 新研究 提出，宇宙实际上存在一个基本分辨率极限，这意味着无论我们把望远镜造得多大，我们都无法像期望的那样清晰地看到最遥远的星系。
望远镜的难题
地球上最大的可见光望远镜，例如 甚大望远镜 和 凯克望远镜，其镜面直径约为10米，目前还计划建造直径为30米至40米的望远镜（所谓的 极大望远镜）。但问题在于：如果来自某个天体（无论是蜡烛、路灯还是恒星）的光在从源头到被探测的旅程中受到扰动，那么无论我们把孔径做得多大，我们都永远无法获得与理论最大值一样清晰的图像。
我们都知道光线会捉弄人。你是否曾望向游泳池底，看到瓷砖仿佛在荡漾、跳动？或者把吸管插入一杯水中，看到它在空气与液体的交界处似乎“折断”了？从太空射向我们望远镜的光线必须穿过湍流的大气层，这给天文学家带来了问题。
就像一组完美平行的海浪遇到水下礁石一样，大气层扰乱了这些波的传播。对于 电磁波 ——光——这会导致图像模糊。除非对其加以补偿，否则我们将永远无法达到望远镜的理论最大分辨率。把望远镜送入大气层之上的太空是一种解决方案，但成本高昂。“自适应光学”是另一种方法，但技术上颇具挑战性。
量子泡沫
这项新研究在今年召开的 国际天文学联合会大会 上提出，利用奇异的量子物理世界对时空的本质做出了预测。该研究认为，量子层面的时空本质可能会产生宇宙的一种“基本分辨率极限”，这意味着人们可能有理由担心，未来的望远镜能多清晰地观测到最遥远的星系。
这一想法如下。根据量子力学，在被称为普朗克尺度的最小尺度上，约为10⁻³⁵米（是的，这是一个小数点后面跟34个零，然后才是数字1），空间被描述为“泡沫状”。在这些微小尺度上，量子物理学预测宇宙中充斥着所谓的“虚粒子”，它们瞬间出现，又迅速相互湮灭——这在粒子物理实验中是不断可见的现象。然而，在极其短暂的瞬间，这些粒子具有能量，因此——根据著名的方程E=mc2——也具有质量。
据预测，任何质量，无论多小，都会使时空弯曲。这是爱因斯坦对引力的描述。自然界中这一现象最引人注目的例子见于大质量星团使遥远星系发生 引力透镜效应 。光子——即光的粒子——在这种泡沫状时空中穿行，会受到类似涨落的影响，其方式与光线穿过我们浓厚而湍动的大气层时相似。
当然，这种效应非常微小，几乎可以忽略不计。但从遥远星系发出、穿越宇宙的光子必须经历漫长的旅程。在此过程中，由时空泡沫性质引起的无数“相位扰动”可能会累积起来。目前的预测是，这种效应小于我们借助最好的望远镜所能获得的最精细图像的分辨率。但是——如果该理论正确——那么这种宇宙级模糊可能会出现在由 下一代望远镜拍摄的遥远星系图像中。其中包括哈勃望远镜的继任者 詹姆斯·韦伯太空望远镜，计划于2018年发射。
然而，迄今为止，尚无被广泛接受的理论能够统一爱因斯坦的引力观与量子力学——而这正是现代物理学的核心目标之一——因此我们应对这一预测持保留态度。即便该预测正确，其影响也只会真正令那些研究最遥远星系精细结构的天体物理学家感到困扰。
引人入胜的是其蕴含的意义：无论我们在地球上还是太空中把望远镜造得多大，宇宙中都存在一个基本的自然分辨率极限，超出这一极限我们便无法探测。这一极限源于量子过程，却在宇宙学尺度上显现出来。宛如一场宇宙级的阴谋，自然界的某些秘密或许将永远被隐藏。
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作者：James Geach是皇家学会大学研究员，任职于赫特福德大学天体物理研究中心（CAR）。
图片：星系团SDSS J1038+4849，该图为未注明日期的资料图片，由NASA/ESA哈勃太空望远镜拍摄。路透社/NASA。
