在显微镜下太空看起来像什么?

子轸 2019年11月4日09:05:14 评论

在显微镜下观察太空,您会看到什么?没有。放大1000倍。没有。放大1,000,000倍。依然没有。放大1,000,000,000次。绝对没有。

在这一点上,普通人可能会对这样的结论感到满意,那就是空间实际上是一无所有。毕竟,这具有直观的意义,此外,我们已经远远超出了真正显微镜的放大能力。

但是,量子物理学家并不是普通人。装备有理论显微镜,他们不断放大,注视着越来越深的空旷空间,直到一无所有,他们突然看到了一些东西。

在显微镜下太空看起来像什么?

那是虚拟粒子的滚动集合,统称为量子泡沫。根据量子物理学家的说法,  虚拟粒子  作为时空结构的短暂波动短暂存在,例如啤酒泡沫中的气泡。

“量子泡沫中的'气泡'是比原子核小的四千万亿倍,持续的时间是无穷的几分之一秒,或者说是'量子',它等于普朗克时间的普朗克长度大小,”埃里克·佩尔曼(Eric Perlman)佛罗里达理工学院物理与空间科学教授  说。

这么小的东西显然还没有被直接观察到。那么为什么我们可以确定这种量子泡沫的存在呢?最有力的证据之一是荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔(Hendrik Casimir)和德克·波尔德(Dirk Polder)于1947年预测的。 Fermilab高级实验物理学家Don Lincoln解释  了PBS的所谓“卡西米尔效应”:

他们认为,如果量子泡沫是真实的,那么粒子应该存在于太空的任何地方。此外,由于粒子也具有波动性质,因此到处都应该有波动。所以他们想象的是有两个平行的金属板,彼此相邻放置。量子泡沫将同时存在于板之间和板外部。但是由于板块彼此靠近放置,板块之间只能存在短波,而在板块外部则可能存在长波和短波。由于这种不平衡,两块板之间的多余的波浪应该会压倒它们之间较小数量的波浪,从而将两块板推到一起。首次预测三十年后,定性地观察到了这种影响。在1997年进行了准确的测量。

从根本上说,空间是泡沫,混乱的混乱,这一观念对于我们对宇宙的理解产生了巨大的影响。

弦理论家和哥伦比亚大学教授布莱恩·格林(Brian Greene)在他的《优雅的宇宙》一书中写道:“在如此短的距离尺度上,我们遇到了广义相对论与量子力学之间的根本不兼容  。”“广义相对论的中心原理是光滑的空间几何概念,但量子世界在短距离尺度上的剧烈波动却破坏了它。”

因此,结论性地证明不存在或不存在量子泡沫对于理清现实的真实本质将非常有用。但是,正如科学界经常令人沮丧地发生的那样,  最近的实验却不同意。测试量子泡沫存在的一种可能方法是测量从恒星爆炸中爆发出来的光子经过很长一段距离所花费的时间。如果时空是平坦且无聊的,则从同一源射出的两个光子应该花相同的时间行进一定的距离。但是,如果时空是泡沫状的,那么轻微的扰动可能会使一个光子变慢。2009年的一项分析发现,来自同一伽马射线爆发的高能和低能光子在不同的时间到达了一个固定位置,  但是随后的两次其他爆发分析表明几乎没有变化。,表明时空是平滑的,或者至少不像泡沫一样。

然而,没有一个实验能够测量出足够精细的细节,以排除最小规模的量子泡沫。我们可能只需要等待一台可以看到1.6 x 10 ^ -35米(普朗克长度)的显微镜,那么   构造这样的设备确实是一项艰巨的任务。

子轸

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