真空不空,量子力学让物理步入禅境!.docx

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1、真空不空，量子力学让物理步入禅境！什么是真空？真空，顾名思义就是真的是空的，但是按照现代科学的观点来看，真空并不“空”，真空中充满了各种不断波动的粒子，它们出现后却又在瞬间消失，这些粒子常被称为虚拟粒子。自从nature报道瑞典查尔姆斯理工大学的科学家在真空中捕获到了不断出现和消失的光子，成功将虚拟光子转变成真实光子以来，关于真空的讨论便步入无中生有的禅境。跟我学物理网贾兰华老师说：真空这个问题既古老又新颖，虽然一代又一代的物理学家对它做出了回答,但其答案并不是沿着某一种论点逐渐深化，而是不断地变革和否定。纵观物理学的发展史,可以看到,任何一

2、个时期,人们对真空的认识始终与当时物理学基本理论的进展密切相关，每当后者有突破性进展时,必然使人们对前者在认识论上发生根本性的改变。在动嘴皮子的时代，有关真空的讨论大都属于哲学范畴，是没有什么结论的。如早在公元前五世纪，德漠克利特就提出原子和虚空的学说，他认为,无限的宇宙之中包含着无限的原子和无限的虚空，原子是所有实体的构成物，虚空是原子运动的场所，原子是绝对的充满，其中没有任何空隙，虚空是绝对的空，其中不包含任何物体。而亚里士多德是不相信什么原子说的，在他眼里整个宇宙由五种物质构成的，土、第1页气、水及火组成了地球，天堂由无质量且永恒的第五

3、种元素“以太”构成。所有的空间至少被其中的一种物质填充，不存在“无物”的空间，也就是所谓的“大自然厌恶真空”。到了十七世纪，物理学家托里拆利让“真空”进入实验时代，他鼓捣出来一截没有空气的真空管，这就是中学课本上著名的托里拆利实验。将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞，并倒立于汞槽中时，管中汞面下降，当汞柱不动时，玻璃管汞面上的空间就形成了真空，76厘米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。物理学家帕斯卡同样证明托里拆利真空是确实存在的，他给真空的定义是：真的空间，排出去一切物质。真空真的把一切都排除出去了吗？就在人们对此深信不疑，亚里士多德的观点被打

4、入地狱之际，19世纪电磁学的产生让真空不空的观点再一次峰回路转，至少人们知道，电磁波是可以存在在真空里的，于是人们将真空引申为没有物质（有质量粒子）存在的空间。给真空赋予崭新物理内容的是狄拉克。他提出真空是充满了负能态的电子的狄拉克海的概念。当负能态的电子吸收了足够的能量跃迁到正能态成为普通电子时，电子海中就留下可观测的空穴，即正电子。随着正电子的发现，狄拉克海的概念就广为人们接受了。从现代量子场论的观点看，真空是有质量粒子的量子场的基态。在场论中，每种粒子对应于一种量子场，粒子就是场量第2页子化的场量子。当空间存在某种质量粒子时，表明这种量

5、子场处于激发态；不存在粒子时，就意味着场处于基态，也即真空。也许上述论述对于亲们理解起来有点困难，通俗点说：我们的世界是一片大海。平静时是真空，有风浪时便创造出来大量物质，当然绝对平静的大海是没有的，偶尔也会翻起几朵浪花，就是在真空中，场在基态时，也会有粒子出现，只不过随之又湮灭消失，质量粒子来自真空的激发已经成为被当代多数物理学家接受的概念。第3页