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萬物生於虛無?宇宙中的物質真能憑空產生嗎?

2024-10-14科學

老話說得好,「萬物生於有,而有生於無」。嘿,物質這玩意兒真能啥都不憑就冒出來嗎?

在好多人的想法裏呀,真空那就是啥都沒有,空間裏連個粒子的影兒都見不著,純粹就是空落落的。嗨,可實際上呢,真空可不是真的空,絕對的真空壓根兒就不存在。

量子場論有個說法,真空裏啊,其實藏著老大一股本底能量呢。美國有個物理學家叫惠勒的,他估摸啊,真空裏這本底能量的密度,搞不好能達到10∧13 J/cm3這麽高。這股能量還有個名兒,叫真空零點能,嘿,哪怕是在絕對零度那條件下,它也在那兒待著呢。

真空裏的這股能量啊,就會變成粒子的模樣冒出來呢。科學家琢磨著,真空裏冷不丁地就能蹦出好多虛粒子對,一正一反的,然後眨眼間就互相消滅沒影了。它們一會兒有一會兒沒的,差不多在啥時空角落都有這情況,這種情況就被叫做真空量子漲落。

德國物理學家海森堡在1927年提出了個不確定性原理,這原理可是量子力學裏的一個特核心的觀點呢,啥觀點呢?就是咱不可能同時搞清楚一個粒子的位置和速度。嘿,就從這個原理就能推出真空中有量子漲落這麽個事兒。

1948年的時候,荷蘭有個理論物理學家叫卡西米爾,他就放話了,說要是真空裏真有能量漲落這回事兒,那肯定有一種現在被叫做卡西米爾效應的現象。不過呢,當時想做這種高精度的實驗,沒那條件啊。

1996年的時候啊,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室那幫科學家,頭一回用實驗去驗證這個想法呢。

科學家呢,在真空裏平行擱了兩塊電中性的金屬板,還讓這倆板板挨得賊近。就因為有這兩塊金屬板在那兒,量子漲落就被攪和了,這麽一來呢,在這兩塊平行金屬板中間的虛粒子對的數量啊,就比板板外面少嘍。這時候啊,兩塊金屬板的裏邊和外邊就有了能量差,然後這兩塊板板呢,在真空裏就會受到一種力,這力能讓它們倆一個勁兒地往一塊兒湊,這力就是卡西米爾力啦。

1996年有那麽一次實驗,嘿,就把這種力給成功測出來了。實驗數據顯示呢,在10奈米的間隙上(這間隙差不多是一個氫原子尺度的100倍呢),卡西米爾效應大概能弄出1個標準大氣壓的壓力來。

這麽著看啊,在真空中到處都有的量子漲落,那可是實實在在存在著的呢。

量子漲落的時候啊,會有虛粒子對冒出來呢。在一些個特定的條件下呀,虛粒子就能搖身一變,成了實粒子啦。

就比如說啊,在黑洞事件視界邊界那塊兒發生量子漲落的時候呢,要是一對虛粒子裏有一個粒子掉進黑洞裏去了,那剩下的那個粒子沒了能跟它一塊兒湮滅的伴兒了,這時候啊,這粒子就變成實粒子嘍。在咱們眼裏,就好像黑洞往外放射線粒子似的,這就是霍金放射線。

在真空裏啊,虛粒子能像波浪似的此起彼伏地冒出來呢。到了特定的條件下呀,還能變成實實在在的東西。嘿,這麽一看,這可不就是無中生有嘛,宇宙裏的物質還真能平白無故就產生了呢。

嘿,在咱眼裏啥都沒有的真空啊,它可一點都不空,滿滿當當都是能量在那漲落呢,就跟一片能量的大海似的。這就是說啊,瞅著物質好像是平白無故就冒出來了,其實呢,是因為真空裏原本就有那麽一股本底能量。

這真空能量啊,哪哪都有它。以後要是能把它給用上,那在星際旅行的時候,它可就是能源裏的超級大寶藏了,能源多得就像大海裏的水,怎麽用都用不完,比核能、反物質能可強太多了。

宇宙裏的物質啊,不管是粒子那樣的存在形式,還是場態那種存在形式,反正總是有品質或者能量的。而且呢,品質和能量就像一對鐵哥們,一直守恒著,不會平白無故就沒了,也不會莫名其妙就冒出來。愛因史坦可倒好,用個特簡單的質能方程式就告訴咱們,品質和能量其實就是一碼事,可不是好多人想的那樣能互相變來變去的。一個物體的品質啊,就好比是它所含能量的一把尺子,能量要是增加了,品質也跟著往上長呢。

好多人都覺著啊,正反物質湮滅的時候呢,物體的品質那是完完全全變成能量嘍。嘿,這所謂的品質變能量啊,說穿了就是實物粒子變成光放射線啦,物質不過是換了個存在的模樣罷了。還有啊,現在科學家在實驗室裏都已經能讓光變成實物粒子嘍,只要把兩束高能雷射讓它們互相作用一下,正反電子對就產生出來嘍。

光呢,本質上就是電磁波。嘿,因為有波粒二象性這玩意兒,你既能把光當成粒子,也能把它看成光波。光子啊,它沒有靜品質,這麽著就可以覺著它是一種純能量樣子的物質嘍。

不管怎麽說吧,物質這東西它滅不了,就跟變戲法似的,絕不可能從啥都沒有就變出個東西來。只要有能量在那兒待著,那就肯定有物質跟著呢。哪是什麽能量變成物質啊,就是它們存在的模樣不一樣罷了。真空可不是真的空啊,瞅著空蕩蕩的宇宙,其實滿滿當當都是各種各樣的物質呢,就像暗物質和暗能量這種。咱雖說瞅不見也摸不著它們,可這也就是跟普通物質長得不一樣的其他樣子唄。