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奇怪。
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现在,又发生了一次。再一次。无数次,到处都有。
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你现在所看到的显然是粒子无中生有地自发形成。而在它们因为某种原因消失之前,这些粒子也按照它们量子的自由所允许的一切可能路径运动。
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你应该能够接受上面所说的那句话的最后部分了,你已经在白房间里看到了这些无人观察的量子粒子如何运动。但它们怎么可能无中生有?
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好吧,它们周围并不是什么都没有。量子场无处不在。
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粒子要出现,就得先从量子场中借到一些能量。因为这些场填满了所有时间与空间,粒子因此可以在任何时间与地点出现。这就是为什么说宇宙中任何地方都不存在真正真空的原因。
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你朝黑暗的更深处看去,突然,就像一直蒙在你眼前的某种滤镜被脱下,整个真实世界一下子展现在你的眼前。粒子们。在聚合。到处都是。填满了一切,从不停起伏的循环沸腾背景中射过。虚拟粒子们到处移动,互相作用,在一缕缕光或能量中出现然后消失。一场无与伦比的焰火表演正在所有的地方上演,没有漏掉任何一个角落。可以说这与你以前曾认为的巨大虚空的太空中“什么都没有”的想法完全相反。
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这就是科学家所称的真空。
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这就是当所有一切都被取走后所剩下的:位于最低能量水平中的量子场,虚拟粒子们自发从场中生成,只是移向各处,直到重新被吞噬湮灭。
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我再说一次:在我们的宇宙中不存在所谓真正什么都没有的“空”。
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当某个地方所有的东西被拿走之后,你可能有理由认为那里什么东西都不会留下。但事实就如你无法把某处的时间与空间拿走一样,你也无法拿走量子场的真空。
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但如果真空不是真正的空——如果量子场的真空真的可被所有开始在其中生成的粒子所定义——那么就会带来一个很合理的问题:是不是到处的真空都一样,还是真空的性质可以随着地方的不同而不同?换句话说,有没有许多种不同的真空?
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一九四八年,荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔(Hendrik Casimir)研究了按照以上方式定义的真空,他的结论是,如果这真的是宇宙的真实存在,而非仅仅是理论设想,那么不仅仅我们周围应该真正存在着不同的真空,而且它们还应该在我们的世界里留下非常确凿的效应。我们应该能够探测到这种效应。
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想象有一道墙,装在万向轮上,将两间房分开,其中的一间充满空气,另一间充满水。或许你认为墙会因此移动,被水推向一边,朝充满空气的房间移动。现在,想象将两块很小的金属板平行相对放置。没有其他作用力的话,就像刚才的房间,它们应该互相排斥(或吸引)对方,因为它们所分隔开的真空之间是不同的。
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为什么?
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原因很简单,因为在两块金属板外面的空间大于在两者之间的空间。其后果就是在两块板之间无中生有出现的虚拟粒子应该与在两块板之外出现的粒子不同,两种真空因此会不一样。
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结果是,金属板应该会移动——它们的确移动了,美国物理学家史提夫·拉莫若(Steve Lamoreaux)与他的同事们在一九九七年通过实验得到了证实。这种现象被称为卡西米尔效应。
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卡西米尔效应证实了真正的空无一物并不存在,不仅如此,它还显示了我们的世界中存在着不同种类的真空,而且还会因此产生力:真空之力。
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难以置信,你或许意识到自己又找到了一个非常非常根本的谜团的答案。
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你早已知道,我们宇宙中所有的粒子都是量子场的表现。它们就像海里的波浪。它们又像抛入空中的球。它们两者都是,粒子与波,在它们所属的量子场里诞生,并沿着它们所属的量子场前进。
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现在,你还记得当时探访微观世界时自己注意到的现象吗:你所遇见的所有同种类基本粒子都完全一样,任意两个电子都一模一样?
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怎么会这样?
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在你的日常生活中,这种完美根本就不存在。无论你怎么做、怎么看、怎么建造或怎么思考,也不会有两个完全一样、完全没有差别的物体。人类、鸟类,甚至思想,都不会这样。就算它们看起来一样,实际上也存在不同。那么,怎么可能所有电子和其他基本粒子永远与它们的同类绝对而且完全相同呢?
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