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万物生于虚无?宇宙中的物质真能凭空产生吗?

2024-10-14科学

老话说得好,「万物生于有,而有生于无」。嘿,物质这玩意儿真能啥都不凭就冒出来吗?

在好多人的想法里呀,真空那就是啥都没有,空间里连个粒子的影儿都见不着,纯粹就是空落落的。嗨,可实际上呢,真空可不是真的空,绝对的真空压根儿就不存在。

量子场论有个说法,真空里啊,其实藏着老大一股本底能量呢。美国有个物理学家叫惠勒的,他估摸啊,真空里这本底能量的密度,搞不好能达到10∧13 J/cm3这么高。这股能量还有个名儿,叫真空零点能,嘿,哪怕是在绝对零度那条件下,它也在那儿待着呢。

真空里的这股能量啊,就会变成粒子的模样冒出来呢。科学家琢磨着,真空里冷不丁地就能蹦出好多虚粒子对,一正一反的,然后眨眼间就互相消灭没影了。它们一会儿有一会儿没的,差不多在啥时空角落都有这情况,这种情况就被叫做真空量子涨落。

德国物理学家海森堡在1927年提出了个不确定性原理,这原理可是量子力学里的一个特核心的观点呢,啥观点呢?就是咱不可能同时搞清楚一个粒子的位置和速度。嘿,就从这个原理就能推出真空中有量子涨落这么个事儿。

1948年的时候,荷兰有个理论物理学家叫卡西米尔,他就放话了,说要是真空里真有能量涨落这回事儿,那肯定有一种现在被叫做卡西米尔效应的现象。不过呢,当时想做这种高精度的实验,没那条件啊。

1996年的时候啊,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室那帮科学家,头一回用实验去验证这个想法呢。

科学家呢,在真空里平行搁了两块电中性的金属板,还让这俩板板挨得贼近。就因为有这两块金属板在那儿,量子涨落就被搅和了,这么一来呢,在这两块平行金属板中间的虚粒子对的数量啊,就比板板外面少喽。这时候啊,两块金属板的里边和外边就有了能量差,然后这两块板板呢,在真空里就会受到一种力,这力能让它们俩一个劲儿地往一块儿凑,这力就是卡西米尔力啦。

1996年有那么一次实验,嘿,就把这种力给成功测出来了。实验数据显示呢,在10纳米的间隙上(这间隙差不多是一个氢原子尺度的100倍呢),卡西米尔效应大概能弄出1个标准大气压的压力来。

这么着看啊,在真空中到处都有的量子涨落,那可是实实在在存在着的呢。

量子涨落的时候啊,会有虚粒子对冒出来呢。在一些个特定的条件下呀,虚粒子就能摇身一变,成了实粒子啦。

就比如说啊,在黑洞事件视界边界那块儿发生量子涨落的时候呢,要是一对虚粒子里有一个粒子掉进黑洞里去了,那剩下的那个粒子没了能跟它一块儿湮灭的伴儿了,这时候啊,这粒子就变成实粒子喽。在咱们眼里,就好像黑洞往外辐射粒子似的,这就是霍金辐射。

在真空里啊,虚粒子能像波浪似的此起彼伏地冒出来呢。到了特定的条件下呀,还能变成实实在在的东西。嘿,这么一看,这可不就是无中生有嘛,宇宙里的物质还真能平白无故就产生了呢。

嘿,在咱眼里啥都没有的真空啊,它可一点都不空,满满当当都是能量在那涨落呢,就跟一片能量的大海似的。这就是说啊,瞅着物质好像是平白无故就冒出来了,其实呢,是因为真空里原本就有那么一股本底能量。

这真空能量啊,哪哪都有它。以后要是能把它给用上,那在星际旅行的时候,它可就是能源里的超级大宝藏了,能源多得就像大海里的水,怎么用都用不完,比核能、反物质能可强太多了。

宇宙里的物质啊,不管是粒子那样的存在形式,还是场态那种存在形式,反正总是有质量或者能量的。而且呢,质量和能量就像一对铁哥们,一直守恒着,不会平白无故就没了,也不会莫名其妙就冒出来。爱因斯坦可倒好,用个特简单的质能方程就告诉咱们,质量和能量其实就是一码事,可不是好多人想的那样能互相变来变去的。一个物体的质量啊,就好比是它所含能量的一把尺子,能量要是增加了,质量也跟着往上长呢。

好多人都觉着啊,正反物质湮灭的时候呢,物体的质量那是完完全全变成能量喽。嘿,这所谓的质量变能量啊,说穿了就是实物粒子变成光辐射啦,物质不过是换了个存在的模样罢了。还有啊,现在科学家在实验室里都已经能让光变成实物粒子喽,只要把两束高能激光让它们互相作用一下,正反电子对就产生出来喽。

光呢,本质上就是电磁波。嘿,因为有波粒二象性这玩意儿,你既能把光当成粒子,也能把它看成光波。光子啊,它没有静质量,这么着就可以觉着它是一种纯能量样子的物质喽。

不管怎么说吧,物质这东西它灭不了,就跟变戏法似的,绝不可能从啥都没有就变出个东西来。只要有能量在那儿待着,那就肯定有物质跟着呢。哪是什么能量变成物质啊,就是它们存在的模样不一样罢了。真空可不是真的空啊,瞅着空荡荡的宇宙,其实满满当当都是各种各样的物质呢,就像暗物质和暗能量这种。咱虽说瞅不见也摸不着它们,可这也就是跟普通物质长得不一样的其他样子呗。