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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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答案在于,在整个宇宙中,所有的基本粒子,都诞生于同一个背景场中,也会在任何时候被同一个背景场所吞噬湮灭:某个量子场的真空。那些不可见的、充满我们整个宇宙的背景海洋。
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所有的电子都是电磁场完全相同的表现,它们都诞生于电磁场的真空之中,并在此中传播。光子也一样。
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每次电子出现,成为实体,就像是它周围的电磁场真空踢了一脚,把它从幽灵般的昏睡状态中唤醒。每次胶子出现,背后的原因是强相互作用场真空中一些能量的增加或减少。每次放射性衰变发生,弱相互作用场的真空都会牵涉其中,发射出它的基本中微子。真空中能量越多,它能产生的基本粒子就越多。
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很好,一切顺利,让我们继续:看起来所有的场都有相同的行为,它们都遵循同样的规则。那么引力又如何?
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在每一个引力起作用的地方,也都有一种引力场在起作用,虽然这种场有些不一样,至少现在被认为如此,因为没有人知道怎么把它变化为量子场。后面你会看到,没有人知道如何让粒子从引力场真空中出现而不带来灾难性的后果。但如果这的确可能,引力场就会牵涉到某种粒子,像其他场一样,出现在引力场中成为引力携带者。这些粒子被称为“引力子”。它们尚未被发现,时空弯曲依然是描述引力行为的最佳方式。
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就算没有所谓的引力子,甚至就算引力或许不具有量子属性,但引力场也的的确确是一种场。这使得人类用来描述他们至今所知道的一切所使用到的场的数目是四个。
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但为什么是四个?
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为什么要有四种基本的场?
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为什么不用5种或者10种或者42种或17,092,008种场来解释自然界的行为?
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它们所对应的真空又如何?它们只是在所有的地方都和平共处却对其他场的存在毫不在意?听起来很奇怪,不是吗?如果只有一种场,生活不是更简单?
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是的。
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简单性是理论物理学家非常热切地想要追寻的东西。它甚至激发了他们的想象力,这也就是他们为什么动足脑筋试图把那四种已知的场统一到一种。
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一种场统治一切,你或许想说。
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