【博科园-科学科普】在显微镜下观察空间你看到了什么？什么都没有，放大1000倍，什么都没有。放大1000000倍，还是什么都没有。放大1000000000倍，绝对没有！
在这一点上一般人可能会满足于这样的结论：空间实际上是虚无的，然而这是直观的感觉，毕竟我们已经远远超出了实际显微镜的放大能力。
然而量子物理学家并不是普通人带着显微镜不断地放大，凝视着空旷的空间，直到一无所有，然后他们突然看到了什么。
图片版权：GiroScience/Shutterstock
这是一种被称为量子泡沫的虚拟粒子集合。根据量子物理学家的说法，虚拟粒子在时空结构中短暂的波动（量子涨落），就像啤酒泡沫中的气泡一样。量子泡沫中的“气泡”是比原子核还小的千万亿倍，是最后一个‘量子说’的无穷小分数，即普朗克尺度。
如此微小的东西显然不能直接观察到。为什么我们能确定量子泡沫的存在呢？其中最伟大的证据之一是由荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔和德克·波尔德在1947年预测的。费米实验室资深实验物理学家唐·林肯解释了PBS的所谓“卡西米尔效应”
推断如果量子泡沫是真实的，那么粒子应该存在于太空中的任何地方。此外由于粒子也具有波动性质，所以应该到处都有“波浪”。他们想象的是有两个平行的金属板彼此靠近，量子泡沫既存在于板块之间，也存在于它们的外部，但是由于板块彼此靠近，只有短波可以存在于板块之间；而短波和长波长的波可以在它们之外存在，由于这种不平衡在板块外面的波浪超过了它们之间的小波，把两个板块推到一起。在第一次预测30年后，这种效应得到了定性的观测，并在1997年被精确地测量了。
布赖恩格林/优雅的宇宙
在它的基础上空间是一个泡沫混乱的，混乱对我们对宇宙的理解产生了巨大的影响。弦理论学家和哥伦比亚大学教授布莱恩·格林在他的著作《优雅的宇宙》中写道：“在如此短距离的尺度上，我们发现广义相对论和量子力学之间的基本不相容”。“平滑空间几何的概念，广义相对论的中心原理，然而在在短距离尺度上被量子世界的剧烈波动所破坏”。
因此，最终证明量子泡沫确实存在或不存在，对于理清现实的真实本质是非常有用的。但是正如在科学中经常发生的那样，最近的实验不同意这种观点。要测试量子泡沫的存在，一种可能的方法是测量光子从恒星爆炸中喷出的时间，以达到长距离飞行。如果时空是平坦而光滑的，那么两个从同一源头喷射出来的光子应该同时走一段距离。
但是如果时空是泡沫，那么一个光子可能会因为微小的扰动而变慢。2009年的一项分析发现，同样的伽马射线爆发的高能和低能光子在不同时间到达了一个设定地点，但随后的两次其他爆发的分析几乎没有变化，表明时空是平滑的，或者至少不是像泡沫那样。
普朗克长度/量子泡沫/弦
然而这些实验都没有足够的细节来排除在最小尺度上的量子泡沫。我们可能要等待一个显微镜可以看到1.6 x 10 ^ -35米的普朗克尺度空间下的场景，这样一的一个设备无疑是一个艰巨的挑战。（注：全文提到的名词-普朗克尺度的另一个说法是：普朗克长度）
作者：Ross Pomeroy
编译：光量子
审校：博科园
发表于 2018-1-6 16:20
收藏
分享