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空間真的一無所有嗎?

想像一下,如果你把宇宙中某個部分的所有東西全都拿走,那麼還剩下什麼?你或許會認為答案是「空無一物」,但這並不太對。在空間中充滿了粒子和反粒子,各種不同的輻射,空間的曲率和引力波,你可以把這些東西以某種方式全都拿走,你就會發現自己處於一個純粹的空的空間,沒有任何東西可以讓你與之相互作用。但是,這真的代表「空無一物」嗎?或者仍然有東西在那裡?



空間真的一無所有嗎?


一個平坦、空的空間,沒有物質、能量或任何曲率。( Amber Stuver)


在物理學中有這麼一個概念可以描述這個狀態,即量子真空。它是指處於最低能量狀態的空間,該狀態所擁有的能量稱為零點能,或者叫宇宙的基態。而量子物理最令人困惑的性質之一就是這個基態並不是真正處於零能量的狀態。相反的, 它有一個有限的正值。但是,根據理論計算,這個值要比天文觀測所測量到的值高出10^120倍,這無疑是物理史上最糟糕的預測。


毫不誇張的說,我們對」空「的物理其實知之甚少。男快人射,來增悵」小弟弟「雄壯蒔間,更粗、更強找嶶(倆r和倆n跟上數字126)科學家到現在還無法解釋,為什麼零點能不會隨著時間的推移而稀釋或減少?


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空間真的一無所有嗎?




空間真的一無所有嗎?



量子真空中的虛粒子。( Derek Leinweber)

但這是否意味著零點能就等同於空?又或者我們對空的感知和概念僅僅是一種幻覺?它是否是我們理解宇宙更深層秘密的一把鑰匙呢?


關於這個問題,不久前科學家在IAI(類似TED的一個組織)對此問題進行了一次討論(點擊文末閱讀原文查看)。這次討論包括了物理學家Laura Mersini-Houghton 和 John Ellis,以及哲學家James Ladyman。要回答這個問題,我們還需要嘗試去理解許多問題:


宇宙的基態能量,在過去是否要比現在大很多?(比如在宇宙暴脹時期)


我們所處的空間和時間,是否是從一個位於這個宇宙之外的、某個真正空的狀態誕生的?(這樣的一個狀態真的存在過嗎?或者它的存在真的有意義嗎?)


我們這個宇宙的空,是否有別於其它的宇宙?

宇宙真空所包含的虛能量是否與在其中的東西有關?


當我們去思考「我們的空」或許與「別處的空」不同時,這聽起來似乎很奇怪。



空間真的一無所有嗎?


量子真空——宇宙的零點能——是由「球」的位置所決定的。在宇宙暴脹的時候,它在「頂上」;而今天,它則在底端(但不等於零)。或許在未來它還會轉化到更低的狀態。( E.Siegel)


但是宇宙熱大爆炸就是沿著這個思路來的。宇宙的膨脹,就是從一個較高的零點能狀態轉化到較低的零點能狀態的過程,也就是空間內在的大量能量轉化到低能狀態的過程。在這個轉化過程中會產生所有的物質、反物質和輻射。理論上,我們或許會在未來的某個時間再一次經歷這樣的轉化。



空間真的一無所有嗎?



宇宙大爆炸後產生了物質、反物質和輻射。( E.Siegel)


但是哲學對這樣的解釋並不滿意。這個物理上的「空無一物」聽起來就像「某些東西」,不是嗎?當我們想要談論空的時候,我們的概念是跳出這個宇宙時空的,但這樣的思考是否真的有意義?在連空間都還沒有產生的時候,哪有所謂的「外面」?在時間還沒開始的時候,又何來的「之前」?


不管「空」究竟是什麼,它應該包含了整個宇宙。


許多物理學家認為在正確理解空的意義前,想要從根本上的理解這個世界的萬物是不可能的。我們可以理解支配空的時空的基本自然定律,但是我們不知道這些基本定律是從何而來的,以及它們本身是否就是「某樣東西」。



空間真的一無所有嗎?



粒子物理學的標準模型,描述了宇宙中的四分之三的基本定律。( Contemporary Physics Education Project)


所以我們可以說宇宙確實來自於空,只要等待足夠長的時間,它最終也會趨近於空。但前提是我們需要接受物理學意義上的空等同於真正的空。對空的定義可能無法不依賴於時空的定義,以及宇宙中的「規則」;這不是物理學家、哲學家或其他人都必須同意的觀點。也沒有任何物理實驗可以說「我們創造了空」。


但有一些事情是肯定的:我們並非一直存在;我們也不會一直存在;我們只存在於當下。無論空是什麼,我們都是存在於當下的某物。而無論當下存在著什麼,在某些程度上說,它們都來自空,不管我們如何定義空。無論我們對宇宙有多了解,它都將回歸到一種無限的物理意義上的空的狀態。至於空的本性究竟是什麼?這是我們會一直去尋找的答案。


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