在“无的空间”.PPT

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 无”的物理学 (上) 翻譯 王嗚陽 什么是“无”？谁都知道“无”就是“什么都没有”。既然什么都没有，还有什么需要讨论的呢？ 然而对于物理学，“无”绝不是一个没有意义的概念。19世纪的英国物理学家迈克尔．法拉第有一句名言：“无，真是太奇妙了，简直无法相信是真的……” 随着物理学的发展，“无”越来越显示出它的重要性。“无”可以产生出基本粒子，“无”可以具有能量，“无”可以诞生出宇宙……这些，都是现代物理学通过认真研究得到的“正儿八经”的结论。在今天，“无”已经同物理学密不可分。本文就来介绍“无”究竟是什么，以及它的那些奇妙的性质。 查明“无”，认清世界的本来面目 现代物理学的许多研究课题都同“无”紧密相连 看看你的周围，这里有自己的身体，有这本『科学世界』杂志，有身上穿的衣服，还有我们呼吸的空气，在室外，则有大地，有飘浮在天上的白云，有发出耀眼光芒的太阳……… 总之，我们这个世界到处都是这种“有”，它们如此地丰富多彩，魅力无穷。 然而“无” 就不同了。什么都没有，空空如也，相对于“有”，当然是单调而乏味。 可是物理学却不这样看。物理学中的“无”是一种动态的“无”，始终外在一种激荡的状态。甚至有人认为，“知道了“无”，就知道了一切”(美国斯坦福大学雷纳德，萨斯坎德博士语)。倘若果真如此，那么，现化物理学是怎样描绘“无”的呢？ 在这篇特别策划文章中，“无”这个词用来指三层不同的意思。第一层意思，“无”代表取走一切物质之后的一种“空的空间”，即“真空”。大多数人所说的“无”，指的就是这样一种空间。 然而，即使在这种“无的空间”里，也像沸腾的开水那样不断地有“气泡”冒出，即有各种各样的粒子不断地产生出来。这就是空间被取走了一切物质之后所处的状态。 不仅如此，在这种“无的空间”这隐藏着某种现在尚未查明究竟是什么的能量。根据近年来的观测资料推算，这种未知能量要占到宇宙全部能量和物质的总量的73%左右。换句话说，宇宙的大部分都是这种“无”所具有的能量。“无的空间”看似空无一物，其实包含有丰富的内容。 第二层意思的“无”，是指连“时空”(时间和空间)也不存在的“无”。按照美国物理学家亚历山大，维兰金提出的一种理论，我们这个宇宙就诞生自这种既没有时间也没有空间的“无”。这好似荒诞不经，然而却是物理学家正在认真讨论的话题。 第三层意思的“无”指的是“零”。现代物理学认为构成物质的最小单元是“基本粒子”，而基本粒子的大小应该为零。物理学正是在这里遇到了障碍。物理学家正在努力，希望能够创建一种新的物理学来突破这个障碍。“无”，已经是现代物理学必须搞清楚的一个关键概念。 “无”的意思是取走了一切物质的空间 这种“无”具有令人吃惊的性质 说到“无”，最容易想到的是前两页所提到的第一层意思，即那种“没有任何物质的空间”。这里所说的物质，是指通常由原子或分子(也包括带有电荷的原子或分子)所构成的普通物质。 取走了原子或分子等物质的空间，也就是通常所说的“真空”。例如地表附近的空气，1立方厘米的空间包含多达1000亿亿以上的分子，要把这些分子一点不剩地完全取走那是不可能的。甚至宇宙空间也存在着少量的原子。 总之，在现实世界简直就找不到绝对的真空。不过，我们可以在头脑中想象这样的真空。譬如说，原子和原子之间的那部分狭窄空间，那里大概应该是绝对真空。 不过我们不要忘记，这个世界不止有原子和分子，还存在着各种各样的基本粒子，它们正在原子之间的空间飞来飞去。基本粒子是指不可能再继续分割的最基本的粒子。譬如光的粒子“光子”，还有那非常轻的能够轻邢易举地穿过物质的幽炅般的“中微子”，它们都是基本粒子。 真正处于什么都没有的“无”的状态的空间自然应该是连这些基本粒子也没有的空间。一点不剩地完全取走这些基本粒子也是不可能的，但我们可以继续想象，在基本粒子和基本粒子之间的那部分空间总应该是绝对真空。 我们姑且就把想象中的这种空间视为取走了一切物质的“无的空间”。这种的空间的是什么都没有的“空箱子”吗？ 基本粒子实验：由能量产生物质 在“加速器”上进行实验来考察“无” 许多人都诉说过“加速器”，加速器是用来加速粒子的装置。加速器还是基本粒子物理学实验研究所使用的一种主要设备。也许有读者觉得奇怪，讨论“无”怎么会突然谈起加速器？ 原来，加速器是物理学家在探究“无”的本性时不可缺少的一种实验设备。即使是外行，知道了在加速器崆进行实验是怎么一回事，也能够对这种以捉摸的“无”有一定程度的了解。 在加速器上进行实验，简单说来，就是在加速器中加速粒子，使它们彼此发生碰撞。亘相碰撞的粒子，比如说，可以是“电子”和“正电子”。在加速器中将粒子加速到接近光速，