宇宙的基础结构是时间和空间，但这两者既看不到又摸不着，我们能感知的只是它们的力——引力。爱因斯坦的广义相对论把这两者结合想来，称为时空，成为现代物理学中最具权威的一个概念。
在近代物理学兴起之时，牛顿把时间和空间视为神创的、绝对的。虽然神创论早已被科学界抛弃，但其绝对性仍未被质疑。19世纪中期，天文界在对水星的绕日轨道进行研究时，发现利用牛顿的动力学无法获得满意的解释，直到广义相对论问世才解决了这一难题。但是，这种解释必须得时间和空间合为一个整体，并且两者相互作用，成为一个时空连续体。
不过，这一观点始终有个缺憾——没有人知道它的基本特性，尽管相对论在数学上把时空的性质描述得很完美。在爱因斯坦看来，它们是一个完整平滑的平面，因恒星、星系等物质被弯曲，并产生引力。很明显，这只是对时空的几何形态的描述。并未述及其本质特性。
再来看看物理学的另一个台柱——量子论——是如何看待时间和空间的。在这个把微观世界描绘得十分成功的理论看来，世界万物无一处在静止状态，并且都是不确定的。粒子和能量处于起伏状态，它们会在最短的时标内涌出，继而湮灭。
最关键的是，这两大理论现在仍处在不相容的状态，两者对时空的表述大不相同。相对论视时间和空间为一个时空连续体，是一个平滑的四维扁平体；量子论则认为空间是由无数10－35米的小点组合而成，并且从不将时间看成是真实的、可观察的存在。霍金说过，根据相对论，时间和空间具有明显的差别，但是量子论可使这两者不同的性质被抹掉。在越来越接近宇宙的初始点时，时间就越具有跟空间维度相似的特性。这种转变并非偶然，而是通过测不准原理，使时间的特性变得越来越模糊，最终从空间中逐渐渗出。不过，霍金没有把这个观点发展成一个系统的理论。
当然，所有这些都是理论家的看法，孰是孰非，得靠观测事实的验证。天文学家比我们更着急，他们一直在观测，试图从中获得线索。令人感到欣慰的是，现在总算有了一些眉目。
研究者说，来自各种天体的信号与相对论所预言的有所出入，若观测是可信的，那些时空的真实情况要比爱因斯坦预测的崎岖得多，相对论的观念不是时空（或引力）的最终结论。这意味着，我们可能要从根本上改变对宇宙的认识。
研究者认为，宇宙中的万物，从最大的星系到最小的基本粒子，从最暗的射电辐射到最亮的伽马射线，都沉浸在时空之中。因此，它们总会以某种方式与其相互作用，而这种相互作用就有可能表现出某种信号令我们观测得到，最终使我们得到时空的真貌。意大利罗马大学的乔万尼·阿梅利诺－卡梅利亚说：“这是一个漂亮的问题，我们正处在答案的始点。”
2005年，科学家似乎看到了一个答案。大型大气伽马射线切伦科夫成像望远镜（MAGIC）设在非洲西北岸的加那利群岛，是一个大型的望远镜阵列，用来探测伽马射线。6月30日，这一阵列测到了一个伽马射线暴，它来自马卡良 501星系中心的一个巨型黑洞，距离我们达5亿光年之遥。这是人类首次观测到如此遥远的这类辐射。
经过仔细分析，科学家发现这一辐射非同一般，它的低能（伽马射线）辐射要比高能辐射早到地球4分钟。这是一个大问题，因为按照相对论的时空观，所有的光（不论其能量大小）都以同一速度飞驰。从实际观测来看，结果倒是与量子论的空间理论相符。
目前有好几种量子引力论，总的来说，它们的时空观较为类同，即时空不是一个平滑的连续体，而是一个骚动着的量子泡沫体，且其泡沫没有明确的表面。爱因斯坦的有起伏的时空景观，则更像海浪滔滔的洋面，通过这个洋面，粒子和辐射奋力而去。长波的低能光线有如一艘班船，在量子泡沫海洋中滑行而过；而短波的高能光线则像一只小的救生船，须在波浪中搏斗前进。
其实早在1998年，卡梅利亚和当时任职于欧洲核子研究所的约翰·埃利斯就曾提出，来自遥远活动星系的高能光，可能用来测定时滞效应。只要距离较大，即使略小的效应也能测出。而MAGIC正是看到了这个现象。
这些实例在天体物理学上是稀有的，MAGIC的观测引起了科学界热烈的讨论。2006年6月，类似的伽马射线望远镜高能立体系统（HESS，设在纳米比亚）捕捉到另一大星系的闪烁。该星系被称为PKS2155－304，距离我们20亿光年，因此其时间滞后效应理应更为明显。
高能立体望远镜系统II在西非国家纳米比亚成功开启运转
实际上却没有。巴黎第六大学的阿格涅斯卡·扬丘尔科斯卡认为，不管时空到底是什么，但只要我们假设时空处处是相同的，就表明在来自马卡良 501的伽马射线上观测到的时滞，是其自身所固有的特性。例如，粒子沿着星系中心的磁场被加速，它首先发射出低能射线。不过这都是推测，迄今还无法确切知道该星系中心到底发生了什么。
事情一直拖到了2013年，一个人类从未见过的极高能伽马射线击中地球。这是一个伽马射线暴，是由美国航空航天局的费米望远镜于2013年4月27日观测到的，因此被命名为GRB130427A。它并非来自活动星系的中心，而是一个超大星球的爆炸性死亡，其簇射为一般伽马暴的10倍。
之后研究者发表论文指出，他们观测到了几百秒的时滞效应（低能与高能伽马射线之间）。卡梅利亚说：“这个数据很显眼，是有关时滞现象的第一个有力证据。”
那么，相对论真的被打破了吗？其实理论家早就考虑到一种可能：新的观测结果能让我们建立新的、更有力的宇宙学。要想充分了解宇宙，我们必须知道它是如何从一个微小的初生宇宙，逐渐变成今日这种状态的。因此，我们必须把相对论和量子论结合起来。然而，尽管理论界已经花了近30年的时间，但两者仍处在不相容的境地。
现在，研究者似乎看好两个量子引力理论，即弦论和圈量子引力理论。前者认为，时空含有十维，除了通常的三维空间和一维时间，其他的六维则蜷缩到我们无法测量的程度；后者把时空想象为一个铠甲链的形式，由无数相同的圈交织在一起。
再来看一下观察方面的进展。卡梅利亚等人陆续又报告了其他四个伽马暴的观测数据，虽然结果与方程一致，但还没获得结论性的支持。
就在卡梅利亚的报告公开不久，扬丘尔科斯卡的研究小组分析了另外四个由费米望远镜观测到的低能伽马暴。不过，他们还是没有发现时滞现象。
扬丘尔科斯卡认为，只要这种解释是建立在同类源的单一观测基础上，那就不十分可靠。他说：“如果我们找到的效应出自相似的两个源上，就能证明我们确实找到了什么东西。”
研究者指出，另一种可清晰观测的对象就是中微子。中微子实际上以光速运动，且很难跟其他东西相互作用。但它们也携带能量，理应跟时空相互作用。如果卡梅利亚的观点正确，那么中微子也会出现因能量产生的时滞效应。不过，这需要我们能够观测足够远的中微子，因为只有这样才能使时滞效应累积到可观测的程度。然而，迄今我们观测到的中微子，都是来自太阳和超新星SN 1987A的，在观测时滞效应上，这个距离太近了。
曙光可能就在前方了。冰立方是埋在南极冰层之下的中微子探测器，体积达到1立方千米，2011年投入运行。2012年4月，它找到的两个中微子引发了一场科学争论。这两个中微子的能量比太阳中微子高得多。美国费米实验室的丹·库珀说，对此唯一的解释是它们可能来自伽马暴，因为“没有其他东西可使单个粒子拥有如此大的能量”。之后，冰立方又发现了26个中微子，很可能来自银河系之外。
卡梅利亚说，他在冰立方早期的记录中还发现了另外三个中微子。它们与量子时空所发生的效应完全吻合，来自三个独立的伽马暴。如果得到确认，它们到达地球的时间就比伽马光子早了几千秒。
通常认为，中微子来自塌缩星，要比伽马暴的光更快到达地球，因为它在旅途中不跟其他东西相互作用，而光子却要从塌缩星的气体中寻找出路。把这些因素考虑进去，卡梅利亚认为，中微子和伽马光子到达时间的巨大间隔，与它们跟时空相互作用的效应是一致的。但埃利斯对此仍持怀疑态度，认为“这没有任何统计学上的坚实证据”。
或许只有更大的望远镜，才能更快、更多地找到伽马射线和中微子。现在，一个由来自23个国家1000多位研究者参与的团体，正拟建一个比MAGIC和HESS更大的继承者。这个切伦科夫阵列的灵敏度将比前者高10倍，每年能发现10个至20个活动星系的爆发。
它能我们最终能看到这个世界的真相吗？该团体成员瓦格纳认为，我们没有理由悲观。找到任何类似的时空结构，将是一场可匹敌爱因斯坦的革命，物理学正为未来前进的方向寻找道路。
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