02.08 真空不空(三)——空間的證據


既然真空不空是確定的,真空中一定有能夠影響物體行為的某個東西,那麼我們就應該把真空中導致不空的那個東西,將其當作“罪犯”找出來。以前認定的“嫌疑犯”是機械的以太,看來是找錯了,但這並不意味著沒有“罪犯”。我們應該根據新的線索,重新尋找真空中的那個未知的存在。

線索一:在過去的一百多年裡,建立了相對論和量子力學,發現了許多非經典的物理現象。比如光速不變,光速的大小僅與空間相關,而與其能量無關;比如物質的質量不再守恆,可以發生質能轉換,說明構成物質的粒子並不基本,而能量意味著運動,是什麼構成了最基本的運動呢?比如任何物體都具有波粒二象性,粒子的最低能態是運動和變速的;比如能量的吸收或轉化是不連續的,只能一份一份地進行;比如粒子的行為不再是確定性的,具有概率的特徵。

線索二:宇宙並不是一盤散沙,其既具有結構,又具有整體性。比如宇宙高速且一致地膨脹;比如星系普遍具有顯著的光譜紅移且與傳播距離成正比。

線索三:宇宙的背景輻射,在十萬分之一的幅度內,宇宙各處都是平滑一致的,都具有相當於2.7K的微波,這既凸顯了宇宙的整體性,又確切地表明宇宙真空是有能量的。

線索四:凡是質量非常小且接近於零的物體,它們的傳播速度都是光速c,與其擁有的能量大小無關,說明在它們之間具有內在的同一性。比如,電磁波、光子、X射線、中微子和引力波等。

線索五:物質的體積是由圍繞原子核運動的電子形成的,物質的絕大部分質量都集中在很小的原子核裡,物質內部非常空曠。

根據上述線索,我們可以給真空畫一幅速寫。真空是由一大堆細小的量子組成的:

無序運動的基態量子構成宇宙的物理背景(真空);激發量子成為宇宙中的光子和中微子等(能量);封閉量子的不同組合,形成了宇宙中的基本粒子(物質)。

基態量子的大小是由普朗克常數h決定的,由基態量子的能量換算出的溫度要比背景溫度2.7K略低一些,因為後者是前者的隨機漲落,類似海水與海浪的關係。由此可以推算出基態量子的能量約為10-15erg,其等效質量約為10-36

g。真空中基態量子的密度可以參照核力的範圍估算出來。基態量子間的間距略小於原子核半徑,約為10-14cm,因為核力是藉助於基態量子間距附近的密度變化產生的,屬於短程力。由此可以推斷出真空中基態量子的密度約為每立方厘米1041個。

根據上述線索提出的這一離散的量子真空假設,比起以往的空間,具體且形象得多。但是,要把嫌疑犯確證為罪犯,還需要做好以下兩方面的工作,其一是消除與現實之間的矛盾,比如以太風和空間剛性的問題;其二是能夠解決一些具體的現實問題。比如,如何理解光速不變、如何理解各種相互作用力、如何解決暗能量和暗物質等問題。


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