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真空真的空无一物吗?里面蕴藏着深刻的宇宙奥秘!

IP属地 北京 编辑:王婷 宇宙时空 时间:2024-10-01 19:20:35

宇宙中充满了各种物质和能量,人们能看到的物质有很多,但还存在着更多我们看不到的物质,比如说看似空无一物的太空里,其实每立方米都含有一个氢分子,还有其他微观粒子,比如说中微子等,同时无处不在的电磁辐射时刻都在你我身边。

想要找到真空环境,真的很难,大自然好像非常厌恶真空,总是想方设法阻止真空的出现。那么,真正的真空真的存在吗?

在很多人的固有思想里,真空就是“把空气全部抽离后的状态”,比如说,真空吸尘器就是利用真空的运作原理,用风扇创造出一个“真空”区域,然后不断吸入物质填补“真空”区域。还有商家制造出来的各种真空食品,能保鲜时间更长。

但是,那样的真空状态距离真正的真空相差甚远。利用人类科技制造出来的相对最完美的“真空”环境,每立方厘米也会有上百万个原子存在,这样的真空显然根本谈不上真正的真空。

即便是大型粒子对撞机这样的精密装置,与真正的真空环境也相差很大。对撞机里面的微观粒子通常会尽可能接近光速飞行,所以要求里面的环境必须尽可能接近真空,但事实上对撞机里面的环境也谈不上真正的真空。

因为无论如何,都很难阻挡宇宙辐射的干扰,大量的辐射能轻易穿透厚厚的墙壁,同时宇宙大爆炸残留了无数个中微子。在每一秒的时间里,都会有超过万亿个中微子穿过你我的身体,也就是说中微子无处不在,但对我们几乎没有任何影响,我们也感知不到中微子的存在。

不过,要想清除中微子,是很困难的。科学家可以用各种物质屏蔽真空室,利用水等物质吸收并反射各种辐射,但唯独对中微子束手无策。

那么,假设我们能够屏蔽所有微观粒子,各种辐射,还有无处不在的中微子,制造出来的空间就是绝对的“真空”了吗?

仍旧不是。科学家们发现,空间中到处充满了各种量子场,这些量子场通常都会处于基态,也就是最稳定的状态,而一旦受到扰动,量子场就会从基态变为激发态,而所有的基本粒子,包括电子,中微子,光子等其实都是量子场从基态变为激发态的过程中形成的。

这些量子场就是空间的基本属性,它们充斥着空间的每个角落,无处不在,而且从一开始就存在着。甚至被很多科学家认为,宇宙诞生之前的状态就是“量子场”状态,当时的宇宙空间除了基本的量子场,没有任何其他东西,看起来完全就是“混沌”的状态。

而由于量子世界里存在不确定性,意味着即便没有任何外力的作用,处于基态的量子场也会发生一些微小的扰动,从而从基态变为激发态,这个过程其实就是量子起伏,或者量子涨落。

量子涨落,其实就是量子场的状态变化,从基态转变为了激发态,成为激发态的量子场就会形成各种基本粒子。这就像风平浪静的海面,这时的海面位于“基态”,如果海面因为扰动而变得活跃起来,溅起浪花,就相当于处于“激发态”,那些浪花就相当于基本粒子。

各种量子会通过赊借真空的能量这种方式衍生出来,然后瞬间湮灭消失把能量归还给真空。这说明真空中蕴藏着巨大的能量。

量子场本身是没有能量的,但由于不确定性的存在,处于基态的量子场肯定会因为扰动成为激发态,也可以通俗理解为波动,而波是具有能量的,而各种基本粒子其实就是量子场的波动,也就是能量包或者说“波包”,说白了,基本粒子本质来讲就是波。

那么,真空的能量到底有多大呢?

根据爱因斯坦的质能方程来计算,空间中每一立方米的量子起伏所具有的能量,大约与4个质子所具备的能量相当。

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