02.08 真空不空(三)——空间的证据


既然真空不空是确定的,真空中一定有能够影响物体行为的某个东西,那么我们就应该把真空中导致不空的那个东西,将其当作“罪犯”找出来。以前认定的“嫌疑犯”是机械的以太,看来是找错了,但这并不意味着没有“罪犯”。我们应该根据新的线索,重新寻找真空中的那个未知的存在。

线索一:在过去的一百多年里,建立了相对论和量子力学,发现了许多非经典的物理现象。比如光速不变,光速的大小仅与空间相关,而与其能量无关;比如物质的质量不再守恒,可以发生质能转换,说明构成物质的粒子并不基本,而能量意味着运动,是什么构成了最基本的运动呢?比如任何物体都具有波粒二象性,粒子的最低能态是运动和变速的;比如能量的吸收或转化是不连续的,只能一份一份地进行;比如粒子的行为不再是确定性的,具有概率的特征。

线索二:宇宙并不是一盘散沙,其既具有结构,又具有整体性。比如宇宙高速且一致地膨胀;比如星系普遍具有显著的光谱红移且与传播距离成正比。

线索三:宇宙的背景辐射,在十万分之一的幅度内,宇宙各处都是平滑一致的,都具有相当于2.7K的微波,这既凸显了宇宙的整体性,又确切地表明宇宙真空是有能量的。

线索四:凡是质量非常小且接近于零的物体,它们的传播速度都是光速c,与其拥有的能量大小无关,说明在它们之间具有内在的同一性。比如,电磁波、光子、X射线、中微子和引力波等。

线索五:物质的体积是由围绕原子核运动的电子形成的,物质的绝大部分质量都集中在很小的原子核里,物质内部非常空旷。

根据上述线索,我们可以给真空画一幅速写。真空是由一大堆细小的量子组成的:

无序运动的基态量子构成宇宙的物理背景(真空);激发量子成为宇宙中的光子和中微子等(能量);封闭量子的不同组合,形成了宇宙中的基本粒子(物质)。

基态量子的大小是由普朗克常数h决定的,由基态量子的能量换算出的温度要比背景温度2.7K略低一些,因为后者是前者的随机涨落,类似海水与海浪的关系。由此可以推算出基态量子的能量约为10-15erg,其等效质量约为10-36

g。真空中基态量子的密度可以参照核力的范围估算出来。基态量子间的间距略小于原子核半径,约为10-14cm,因为核力是借助于基态量子间距附近的密度变化产生的,属于短程力。由此可以推断出真空中基态量子的密度约为每立方厘米1041个。

根据上述线索提出的这一离散的量子真空假设,比起以往的空间,具体且形象得多。但是,要把嫌疑犯确证为罪犯,还需要做好以下两方面的工作,其一是消除与现实之间的矛盾,比如以太风和空间刚性的问题;其二是能够解决一些具体的现实问题。比如,如何理解光速不变、如何理解各种相互作用力、如何解决暗能量和暗物质等问题。


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