【心筆散漫】《孤獨和空虛的物理學內涵和外延》之二

來源: 老鍵 2018-04-20 08:21:09 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (5034 bytes)

就自然哲學的角度來說,終極的孤獨是那樣一種遺世獨立,它的存在和其他任何事物不相關聯,但其他事物的存在狀態卻要以它作為基準來判定。而終極的空虛是任何事物都不容存在,就連終極孤獨都不能滲透,這兩者在邏輯上顯然相互抵觸,那麽科學,就是要在證明終極孤獨的同時,證偽終極空虛。在物理學範疇,關於終極孤獨的研究客體是物體運動的絕對參照係,而關於空虛的研究客體就是宇宙的真空態。

不妨從真空說開去,人類對真空充滿本能的好奇,真空是否真的空,更是物理學家自牛頓和笛卡爾以來心頭揮之不去的命題,從原始的機械物質輪到今天的量子場論,真空的熱度方興未艾,這現象本身就說明了些什麽。“肯定有什麽在那裏”,神密在真空激蕩,吸引著人類來不斷探索。

以太,是填充真空的首選,在希臘語中以太是大地之上神賴以生存和靈魂飛翔的媒體;對於笛卡爾,以太是絕對存在的代名詞,是物體運動的終極參照係,也是超距力如引力跨越真空的導體,宇宙中所有的一切,都在以太的海洋裏漂浮;隨著人們對光波的認識,以太被賦予新一層的意義,成了光波傳導的媒介,其實這隻是笛卡爾絕對參照係概念的引申,地球和光都在以太中運行,所以我們觀測到的光速,應該是兩者速度的矢量疊加。

要提一下的是,人們定義真空,卻並不排斥光在真空中的存在(這本身也是件有趣的事,光在人類心目中有著非常特殊的地位)。當麥克斯韋爾從自己優美的電磁方程中發現光速隻受真空電容率和磁導率決定,和其他任何事物無關,他依然沒有放棄以太的理念。直到20世紀初麥克爾遜和莫雷通過實驗,發現地球上觀測到的光速,不管順著還是逆著地球運行的方向,都是一樣的,科學家才最終認識到光速和任何所知參照係無關(光的特殊又見一斑),從而催生了愛因斯坦的狹義相對論,同時,也葬送了以太這一概念。

物理學向來與真空為敵,盡管以太成了一個陳腐的名詞,但在科學家心中,真空不空,依舊揮之不去。自光速不變原理發現後,物理學發生了兩大革命,相對論和量子論,雖然相對論無法告知真空到底是什麽,但肯定真空中一定有什麽;而量子論幹脆告訴我們真空中彌漫著量子場,當我們量子捏在手中加以研究時,它是一顆粒子,可以被施以各種實驗手段,轟炸,敲打,粉碎;而當我們一旦放手,它便在宇宙彌漫開來,讓每一寸時空都相互滲透,讓每一個局部都包含全局的信息。

回到相對論,當愛因斯坦最初推出廣義相對論時,他吃驚於其結果竟然顯示宇宙是處於動態變化中,這與他當時的信念相違,為此,他不得不人為引入一個宇宙常數來抵銷引力的作用,使得宇宙始終處於一個恒常態。他把這個常數想象成一種彌漫於宇宙的來自於非尋常物質的暗能量。但是不久,哈伯的天文觀測顯示宇宙實際上確實是在不斷膨脹中,這一發現使得愛因斯坦不得不暗暗放棄了宇宙常數。

然而,隨著宇宙背景上3開爾文度的微波輻射和宇宙紅移被廣泛觀測到,宇宙膨脹學說正式為科學接受,科學的一波三折峰回路轉也有意思的展示出來,宇宙初創時巨大的質量密度所產生的引力與觀察到的宇宙膨脹是相違背的,膨脹之力從何而來?結論在於宇宙初創時,超高能狀態使得整個宇宙沉浸於一個巨大的負壓場,而根據廣義相對論,超高負壓下的引力實際是斥力,真空不空,這個彌漫宇宙的負壓場,仍舊可以被歸結為一個宇宙常數,隻是要比愛翁的原始宇宙常數大10的100次方倍。愛因斯坦因此不必再為宇宙常數而羞愧,由他廣義相對論導出的論斷,包括真空並非真的一無所有,經受住了一次次的實踐檢驗。




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