科學最重要但未被充分重視的成就之一是利用數學來描述物理宇宙——特別是利用連續的、平滑的數學函數，比如正弦波如何描述光和聲音。這有時被稱為牛頓的第零運動定律。
20世紀初，阿爾伯特·愛因斯坦對牛頓的宇宙造成了深刻的震撼。他指出，空間既被質量彎曲，又與時間有著內在的聯繫。他稱這種新概念為時空。雖然這個想法令人震驚，但它的方程是平滑的、連續的，就像牛頓的方程一樣。
但最近少數研究人員的一些發現表明，隨機性實際上是時空本身固有的，而且牛頓第零定律在小尺度上也不成立。
讓我們來探究一下這意味著什麼。
首先，時空是什麼？您可能還記得平面幾何學，如果您在一個平面上取兩個點，並通過其中的第一個點繪製x和y軸（這意味著它是原點），那麼這些點之間的距離就是x^2+y^2的平方根，其中x和y是第二點的坐標。在三維空間中，類似的距離是x^2+ y^2+ z^2。這些距離是常數；它們的值不會改變。
牛頓第零定律是科學上最被低估的成就之一。
那麼在四維空間中呢，四維空間是時間？在四維坐標系中的一個點被稱為事件：在一個特定的時間t，由x，y, z指定的一個位置。那麼兩個事件之間的「距離」是多少？有人可能會認為，通過類比結果是根號（x^2+ y^2+ z^2+ t^2）。但事實並非如此。如果你以不同的方式畫坐標，那個「距離」就會改變，所以它不能被認為是距離。愛因斯坦發現該恆定距離根號（x^2+ y^2+ z^2- ct^2）其中c是光速。如果改變你畫坐標軸，x, y, z,和t的值可能會改變，但根號（x+ y+ z- ct）不會變。對愛因斯坦來說，x、y、z和t維度實際上是一個概念的元素，他稱之為時空。
愛因斯坦根據一套聰明而又高度複雜的邏輯推論出，對引力的解釋就是時空本身的幾何學——它的曲率。曲率是質量存在的結果。根據愛因斯坦的理論，如果宇宙中根本沒有質量，時空就會是「平坦的」，也就是說沒有曲率。
為了想像空間的曲率，想像一個球體表面上的扁蟲。蟲子怎麼知道他不在一個無限的平面上呢？如果蟲子朝一個方向走一段時間，它最終會回到它開始的地方。或者，如果蟲子在表面上以直角繪製x軸和y軸，他會發現從原點到任意點的距離將不是x^2+y^2的平方根。這個聰明的蟲子很可能推斷出他在彎曲的空間中。
所以曲率影響兩點之間的距離，質量決定了曲率。
這就是愛因斯坦對時空的看法。但他的相對論只是20世紀物理學兩大革命性勝利之一；另一個是量子力學。因此，我們自然會問：量子力學是如何影響時空的幾何結構的？這是當今物理學中最大的問題之一。隨機時空似乎是答案的一部分。
量子力學的核心是海森堡測不準原理，該原理認為(除其他外)每個物理系統都必須有一些剩餘能量，即使其溫度是絕對零度。這種剩餘能量被稱為零點能量，即使是時空中的「真空」也有它。在真空中，粒子和反粒子不斷地出現，然後相互碰撞，相互湮滅。粒子的突然出現和消失導致真空零點能隨時間波動。因為能量等於質量(E = mc)和大規模生產時空曲率，真空能量波動產生時空曲率波動。這進而導致時空中點間距離的波動，這意味著，在小尺度上，時空是嘈雜的、隨機的。距離和時間變得模糊不清。
如果我們觀察一個不太小區域內的量子漲落，這個區域內的漲落會趨於平均。但是如果我們觀察一個無窮小的區域——一個點——我們會發現無窮大的能量。
在真空中，粒子和反粒子不斷地出現。
為了回答這個問題，我們遵循了馬克斯·普朗克的思路，他可以說是量子力學之父，他想知道距離的「自然單位」可能是什麼——某種不是基於米或英尺等任意標準的東西。他提出了一個用宇宙常數表示的自然單位：真空中的光速(c)，萬有引力常數(G)，表示引力場的強度(G)，我們現在所說的普朗克常數(h)，表達了粒子的能量和它的頻率之間的關係。普朗克發現他可以構造一個距離，現在被稱為普朗克長度Lp，其公式是：
普朗克長度是很短的距離：約10米。它比一個質子的直徑還要小1億億億倍——小到無法測量，可以說，小到永遠無法測量。
但是普朗克長度很重要。弦理論提出普朗克長度是可能的最短長度。最新的量子環引力理論也提出了同樣的觀點。在非常小的體積中能量無限的問題被巧妙地避免了，因為非常小的體積是被禁止的。
普朗克長度還有一個重要的方面。相對論預測，由觀察者在快速移動的參考系中測量的距離會收縮，即所謂的洛倫茲收縮。但是普朗克長度是特殊的——它是唯一可以從常數c、G和h推導出來而不添加任何常數的長度——所以它可以在所有參照系中保持相同的值，不受任何洛倫茲收縮的影響。但是普朗克長度是由宇宙常數推導出來的，所以它在所有參照系中必須有相同的值；它不能根據洛倫茲收縮而改變。這意味著相對論在這個尺度上不適用。我們需要一些新的科學解釋來解釋這一現象，而隨機時空可能會提供這種解釋。普朗克長度不能被洛倫茲收縮縮短的觀點表明，它是長度的基本單位。因此，尺寸小於普朗克長度的體積可以說是不存在的。普朗克長度，是一個時空「粒子」大小的極有可能的候選者，「粒子」是可能的最小的時空片段。
馬克斯·普朗克想知道距離的自然單位可能是什麼——某種基於宇宙常數的東西。
所以現在，最後，我們可以描述我們的「隨機時空」。「首先，它是粒狀的，大約是普朗克長度的尺度。
第二，這些顆粒之間的距離沒有明確的定義。量子力學認為，一個物體的質量越大，它的量子特性就越不明顯。因此，我們預期當時空區域內的質量增加時，該區域將變得不那麼隨機。(這與相對論的情況類似，一個區域的質量越大，該區域的曲率就越大。)我們的理論是，如果宇宙中沒有質量，時空不會像愛因斯坦的相對論那樣是平坦的，而是完全隨機的：實際上是不確定的。沒有質量，我們為什麼需要空間？
第三，在隨機時空中，不像在弦理論和量子環重力理論中，這些顆粒能夠相互漂移，因為其大小尺度中固有的隨機性。把這些顆粒想像成一盒彈珠。隨機性就像輕輕地搖動盒子，這樣彈珠就可以移動。人們希望這些漂移的體積元素可以解釋為什麼相對論似乎不適用於普朗克長度。這是因為相對論是一種需要牛頓第零定律的理論，它需要平滑的、連續的數學函數——但是在普朗克長度附近，平滑的函數被認為是離散的。
艾薩克·牛頓會感到驚訝。他認為空間和時間是一個沒有特徵的空間，只是一個框架，上面附加著他的三個運動定律的方程式。畢竟，這就是我們每個人在日常生活中所看到的。相反，隨機時空理論假設了一個顆粒狀的、不確定的時空，超出了光滑連續函數的範圍。人們希望量子力學的方程式能夠從時空本身的特性中推導出來——不是隨意扔在建築物頂部的屋頂，而是建在地基上的光束。