在地球上生活,我們很難找到一個完全真空的環境,我們的眼前總是充滿了各式各樣的物質,即使我們將自己封閉在一個漆黑且看似空無一物的房間裡,在我們的眼前仍然存在著大量的氣體分子,而其中大部分都是氮和氧。
我們的身邊雖然物質充盈,但放眼宇宙,空曠卻是永恆的主題。溫度的本質就是運動,而物質的運動永不停止,即使一塊冰冷的石頭,它內部的原子也始終處於運動之中,只不過它們的運動並不是很快,所以石塊的溫度並不是很高。如果運動完全停止,那麼溫度就會降到最低,也就是我們所說的絕對零度,即-273.15攝氏度。由於溫度的本質是物質的運動,所以在一個空間之內,物質的密度越低,空間的溫度也就越低,而宇宙的溫度為-270.42攝氏度。
-270.42攝氏度,這是宇宙微波背景的溫度,它與絕對零度已經相當接近了,這個數字直觀地說明了宇宙十分空曠,它幾近真空。
在普通人的印象中,宇宙被各式各樣的天體所佔據,就太陽系而言,八大行星有序排列,衛星、小行星夾雜其中,熱鬧非凡,而這種印象的由來就是失真的太陽系圖片。為了能夠讓人們直觀了解到太陽系的結構,科學家們將太陽系的所有天體距離進行壓縮,強行畫在了一副圖中,但這與真實的太陽系差距甚大。
如果按照真實的比例,根本無法在一張紙上畫下整個太陽系。舉例而言,如果我們在一張紙上畫一個直徑為一釐米的太陽,那麼地球應該畫在哪裡呢?地球應該畫在距太陽一米以外的位置,因為地球與太陽之間的距離是太陽直徑的108倍。
由此可見,宇宙中天體之間的距離實際上非常遙遠,宇宙的空曠令人顫慄。
然而世界上空曠的地方不僅宇宙,與浩渺宇宙相對的微觀世界同樣空曠異常,比如原子,原子是一種微觀物質結構,它很小很小,只有藉助於能夠放大數百萬倍的電子顯微鏡,人類才能夠看到原子的真容。令人感到意外的是,就是這樣一個小小的原子,它的內部其實也是極度空曠的。
就拿氫原子來舉例吧,氫是宇宙誕生之後最早出現的元素,它質量很低,而且原子結構也極其簡單。氫原子由一個原子核和一個核外電子所組成,而氫原子所謂的原子核實際上就是一個質子而已,這個正價的質子與負價的電子就組成了氫原子。那麼質子有多大呢?質子的半徑約為0.833*10∧-15米。
質子很小,而電子的個頭比質子還要小得多,而其具體的半徑現在還無法確定。
有趣的是,氫原子的體積比一個質子加上一個電子的體積要大得多,如果我們在一張紙上畫一個直徑為一釐米的質子,那麼氫原子則是一個直徑在一公裡以上的大圓,而這個直徑一公裡以上的大圓之中只有一個直徑為一釐米的小球以及一個比這個小球更小的電子,其空曠程度完全可以和宇宙匹敵。
現在問題來了,為什麼宏觀的宇宙世界與微觀的原子內部都如此空曠呢?如果說宇宙和原子真的如此空曠,這確實是一件令人費解的事情,但一位英國的物理學家卻認為宇宙並不空曠,原子也是如此,所謂的「空」只是看起來的樣子,實際上宇宙和原子都充斥著某種東西,而這種東西就是希格斯場。
希格斯場充盈在所有的空曠空間之中,它既存在於宇宙之中,也存在於原子內部。
值得注意的是希格斯場並不是假說,而是客觀存在的,希格斯場的存在已經在2013年得到了證實。希格斯場雖然無影無蹤,但卻與我們身邊的一切緊密相關。我們知道物質都是具有質量的,那麼物質的質量是從何而來的呢?就是希格斯場帶來的。
當物質在希格斯場中運動的時候,希格斯場會對運動的物質產生阻礙,就如同水對於水中移動的物體產生阻力相似,而這種阻力就是物體的質量。物質都具有質量,所有希格斯場存在於宇宙的每一個角落,同樣的道理,微觀世界中的質子和電子也是具有質量的,所以希格斯場也必然存在於原子的內部。當然,宇宙中也存在著一些極為特殊的物質,它們不受希格斯場的阻礙,所以它們也就沒有質量,比如光子。