宇宙揭秘:真空並不是真的「空」,裡面到底有什麼?
在我們的真實世界裡,作用與反作用,原因與結果,真實世界都可以感覺,可確定,也是可知的。但在量子世界裡顯露出其自身與我們的經典世界有很大的不同,其中有一個發現尤其令人不安,這就是眾所周知的海森堡測不準原理。
在日常生活中,我們習慣於懷疑,習慣於不確定性,我們怎樣才能確保事情是這樣或那樣,但原本大自然本身就是基於不確定性,就是不確定狀態。量子物理的世界,微觀世界就是一個不確定的世界,在這個世界裡,你永遠無法確定即將發生的會是什麼,不是因為我們的測量不夠好,而只是因為在一個非常基本的水平上,大自然本身就是基於不確定性!
打一個比方,僅僅是一個比喻。我們都用過U盤,假設你有兩個U盤,第一個裡面是一幅高清晰度的圖像,圖像中是你跑步時的一個鏡頭,一個瞬間,因為圖像是非常高清的,即使對圖像放大數倍,仍然可以看清圖像的每個細節,但無法看到你跑動的速度到底有多塊,或者接下來你會發生什麼。在第二個U盤裡是另一個文件,一個完全不同類型的文件,是一段小視頻,這個視頻文件的大小與第一個U盤裡的那副高清晰圖像相同,視頻的內容同樣是你跑步時的鏡頭。播放視頻你就可以看到跑步時的整個動作,與那個高清晰圖片的場景是一樣的,但通過視頻你可以看到你在移動。但是如果在視頻中在某個細節上放大,就會發現你會變得模糊和朦朧。
因此對於相同數量的信息,雖然我已經獲知你如何跑動的情況,但我丟失了你確切位置的信息。所以對於某物在哪裡我們知道得越多,對於它如何移動我們就知道得越少。在量子世界,我們不能再同一時間準確知道這兩個量,更不幸的是沒有辦法來解決這個問題。海森堡用他的數學證明了在微小尺度的現實世界,這是一個無法迴避的特性。
那麼這種量子怪事對於虛無又會做什麼呢?海森堡測不準原理可以用不同的方式來表達。可以用另外兩個量的平衡來表述能量和時間,這聽起來會有點複雜,但它非常重要。簡單解釋一下,如果我們去考察一個小方塊里全空的空間,那麼從原則上來說,我們可以精確地知道它包含多少能量。但是如果能夠讓時間慢下來,事情將開始變得很奇怪。
我們會看到一個被拉長的微小的時間間隔,海森堡的測不準原理告訴我們,因為我們在找一個較小的時間間隔,對於盒子中的能量我們已經失去了關於它的準確信息,如果甚至可以檢查更小的時間間隔,和在盒子中的更小的體積,那麼海森堡的方程表明會發生真正奇妙的事情,我們會越來越不確定盒子里中到底有多少能量,以至於它可能有機會包含足夠的能量來創造出實實在在的粒子,並從某個地方冒出來,只是我們不知怎的它們非常迅速地消失了!
海森堡的測不準原理似乎表面,在真正微小的時間和空間,某些東西可以無中生有,那麼是什麼呢?如果粒子可以瞬間冒出來,那它們往哪裡去了?為什麼我們看不到這些例子出現在我們周圍?
與我們對真空的正常預期相反,真空是活潑的,它充滿了物理學家所稱的量子漲落。在真空中,小的能量包出現和消失,非常非常的迅速,這是完全被物理定律所允許的,它被稱為海森堡測不準原理,它告訴我們,可以從虛無中借來能量,只要我們歸還的速度夠快。真空是活潑的!儘管這些想法看似離奇,但它們就是我們的宇宙之基礎!
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