什么是虚空?

作者: Martin Rees

来源: theConversation

发布日期: 2018-08-16

本文通过与著名宇宙学和天体物理学家马丁·里斯的访谈,探讨了虚空和真空的本质,以及现代科学对此的理解。文章详细解释了真空并非真的为空,而是潜藏着神秘能量,这种能量影响着宇宙的命运,并讨论了量子力学对真空能量的解释以及宇宙的膨胀和可能的终结。

数千年来,哲学家们一直在讨论“虚空(nothing)”的本质。但我们更想知道的是,现代科学对此有何评论吗?在一个The Conversation对著名的宇宙学和天体物理学家马丁·里斯(Martin Rees)的访谈中,里斯解释说,当物理学家谈论虚空时,他们指的是真空。听起来这或许很简单,但实验表明,真空并非真的是空的——它潜藏着一种神秘的能量,这种能量可以告诉我们宇宙的命运。

在我们看来,真空似乎就是虚空的。打个比方,水对鱼来说或许就什么都不是——它是当你把在海中沉浮的所有东西都带走时所剩下的东西。同样,真空也被认为是十分复杂的。我们知道宇宙非常空旷。空间的平均密度约是每10立方米一个原子——比我们在地球所能获得的任何真空都要稀薄得多。但是,正如最近所证实的那样,即使你把所有的物质都移走,空间也具有一种弹性,这种弹性能允许空间本身的涟漪——引力波通过它传播。

此外,我们还了解到,在空无一物的空间中,存在着一种奇异的能量。随着量子力学在20世纪的兴起,我们第一次了解到这种真空能量。量子力学支配着原子和粒子的微小世界。它表明,真空空间是由具有涨落的背景能量场组成的,由此产生了突然出现又突然消失的波和虚粒子。它们甚至能产生一个非常小的力。但大尺度的真空空间又是怎样呢?事实上,20多年前科学家就发现了真空会产生一个大尺度的力。天文学家发现了宇宙正在加速膨胀。

这是一个惊喜。我们知道这种膨胀已经有50多年的历史了,但是人人都认为它会因为星系和其他结构间的相互引力作用而减慢。因此我们惊讶地发现,因引力导致的减速被“推动”膨胀的某种事物盖过了。可以说,在真空中存在的潜在能量产生了一种斥力,这种斥力在大的尺度上超过了引力的吸引力。这种现象——被称为暗能量,它是真空并非真的为空这一事实的最显著的表现。的确,它决定了我们宇宙的长期命运。

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