真空能为什么是0?普朗克尺度下的真空到底是啥样的?

如题所述

量子理论认为“真空不空”,真空看上去空无一物,其实蕴藏着巨大的能量。基于这一点,可以推算出我们身处的时空之中,蕴含的能量应该远远超过目前人类有能力观测到的这部分能量,高达现有观测值的10420倍。


量子理论最早的引路人之一,美国普林斯顿大学的教授约翰·惠勒(John Wheeler)在1955年提出了一个著名的观点,他认为,我们所在的

时间和空间都不是连续的,它们都不能被无限地分割,只能被分割成一小块一小块的。请想象一下,时间和空间就像我们熟悉的那种白色泡沫材料,由若干个相邻的小泡泡堆积而成。时间和空间的每一个重要的物理量,都存在一个最小的尺度,它们统称为普朗克尺度。时间最小可以分割成10^-44秒,距离最小可以分割成10^-35米。之所以存在普朗克尺度,是因为受到海森堡(Heisenberg)关系的限制。


现代研究量子场论的学者们采用了比惠勒那个时代更为严谨的数学来分析时空量子泡沫,结果表明,即使是

看起来空无一物的真空也可以被分割成普朗克尺度。真空里充满了“量子泡沫”,所以蕴藏着巨大的能量。这样的研究结果看上去令人难以置信,其实我们身边就有这种低调的、隐蔽的能量源。比如铀235,它们在地壳里只是一些很平静的矿石,其貌不扬,但是在一定的条件下铀235的原子就会被分割(发生裂变反应),释放出惊人的能量。

如果真空可以被分割,而且是分割成比原子尺度更小的普朗克尺度,那么一定可以释放出更为惊人的能量。


虽然真空量子泡沫蕴含着巨大的能量,但是我们人类现在能分辨的最小的尺度仅限于原子尺度,也就是10^-10米,远远无法做到把时空分割到普朗克尺度。所以就目前而言,人类看到的真空其实是一个整体,它的总能量是零。

有一些理论物理学家很感兴趣真空能为什么是零?普朗克尺度下隐藏的巨大能量为什么能完美地抵消?这些问题还无法给出定论。不过,有些科学家认为,真空中这些隐藏的能量或许与宇宙中的 “暗能量”有相似之处,如果把这两者结合起来考虑,或许就能解释宇宙惊人的膨胀速度。

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