宇宙萬物如何無中生有?量子力學是這樣解釋的

2021-01-15 天文同好樂園

上學的時候,物理老師告訴我們,「真空」就代表著「無」,即什麼都沒有。即使在今天的中學課堂上,物理老師依然在這樣對學生解釋「真空」的概念。但事實上,隨著基礎物理學的發展,一切已經時過境遷,過去的幾年人們已經在大型強子對撞機(LHC)中發現了「上帝粒子」——希格斯粒子,而它是宇宙誕生之初一切物質質量的起源,也是宇宙萬物從無到有的根本。

在當代物理學中,「真空」這個概念已經過時了。廣義相對論與量子力學是當代物理學的兩大支柱理論,在研究這兩個理論的所有物理學家中,無論是理論物理學家還是實驗物理學家,如今都有一個基本共識——根本不存在「真空的空間」這種事物。事實上,我們過去說的所謂「真空的空間」,實際上是由亞原子粒子構成的「粒子湯」,沒有任何人任何辦法能夠將它們從空間中清除掉。

科學家說當前豐富多彩的宇宙曾經有一個起始,起始點在138億年前的某個瞬間,世界從一個單一的沒有任何結構的無窮小區域,演化為如今這個充滿了活力的世界,包含無數物質,它們構成了星系、恆星、行星和人類。那麼,物質又是如何起始的?最終形成物質的質子和中子是如何起始的?物理學家們抽絲剝繭,層層往前追溯探究,回到宇宙的初始狀態,發現一切都起源於「希格斯真空」。但到這裡我們又不得不問,希格斯真空中充滿了希格斯粒子,最初的希格斯粒子又從何而來?

只有弄明白了這些問題,我們才能理解宇宙萬物如何從無到有。但現在,即使最權威的粒子物理學家也不能確切地回答這個問題,一切還只能基於推測。推測認為,最初的希格斯粒子,來自於宇宙大爆炸之後不久隨著溫度降低而產生的物態變化的殘餘。所謂溫度降低導致物態變化,你可以想像為冬夜窗戶玻璃上凝結的冰晶,從沒有固定形態的水蒸氣到具有美麗形狀的冰晶,實則就是構成物質的粒子從高能態躍遷到較低的能態,是自然發生的,由基本粒子的躍遷和分支規則決定。

科學家認為,在宇宙誕生的早期,最基本粒子(不是已知的基本粒子)的熱氣態處於沸騰狀態,這也是宇宙的初始狀態。隨著宇宙的膨脹和整體溫度的下降,出現了短暫的量子波動,最基本粒子由高能態轉變為低能態,出現了「冷凝體」,這個冷凝體就是希格斯粒子。這個過程是自然發生的,猶如水蒸氣遇冷在玻璃上凝結而看似「無中生有」一樣,也正如晨露出現於清晨。

隨著宇宙的進一步冷卻,夸克和膠子也出現了冷凝,它們通過先出現的希格斯粒子產生相互作用,導致了質子和中子的形成。粒子物理學家們認定,正是希格斯真空才是現在所觀察到所有基本粒子的質量產生的原因,這些基本粒子包括夸克、電子、緲子、陶子以及W粒子和Z粒子。說到這裡,我相信很多讀者仍然是一頭霧水。我最深切的感受是,雖然量子理論因為晦澀難懂看似高深莫測,但它距離能真正了解大自然還差得很遠,對於一些絕對基礎的問題,物理學家們還沒有弄明白。

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    量子力學的「超距作用」說明宇宙就是一個大人體?也有人提出宇宙是一個有思維的大腦,這種說法和中國道家的說法類似,道家一直以來有人體就是一個小宇宙的說法,那麼,宇宙就是一個大人體了。中國古代科學的一個重要理念,就是宇宙是一個不可分割的整體。萬物皆有靈,宇宙中的萬事萬物,同時存在著物質的一面和精神(意識)的一面,物質與意識是統一的。而這個中國古代科學和修煉界早就認識的概念,正在被西方哲學界、科學界越來越多的人重視。
  • 量子力學的「超距作用」說明宇宙就是一個大人體?
    量子力學的「超距作用」說明宇宙就是一個大人體?關於宇宙的整體論觀點,不僅需要哲學的邏輯,還需要一些數理邏輯來支持。從笛卡爾、伽利略、牛頓以來,西方科學的主導世界觀認為,宇宙是一個巨大的機器,沒有意識、沒有目的,組成部份相互獨立,它們之間的相互作用受到時空的限制(即是局域化的),可以通過研究個體來認識整體。也有人提出宇宙是一個有思維的大腦,這種說法和中國道家的說法類似,道家一直以來有人體就是一個小宇宙的說法,那麼,宇宙就是一個大人體了。
  • 科學家需要多久能發現解釋萬事萬物的「宇宙至理」?
    萬有理論是指能夠解釋我們所處宇宙中的一切事物的理論。阿爾伯特·愛因斯坦曾經試圖找到這樣一種理論,但是他失敗了,而霍金追隨著愛因斯坦的腳步繼續前進。那一年,英國物理學家艾薩克·牛頓出版了一本書,向人們解釋了物體是如何運動的,並且描述了萬有引力是如何發揮作用的。這本書就是《自然哲學中的數學原理》,它向我們展示的是一個美麗而有序的世界。據說故事是這樣的:在牛頓23歲那年的一天,他正在花園中散步,看見一個蘋果從樹上掉下來。
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    這是「十萬個為什麼」,恰恰正是因為這樣的無限追問,歷史上很多科學理論才得以提出並建立起來。宇宙起源於奇點爆炸,奇點又起源於哪裡?一個點如何炸出宇宙?奇點來自哪裡,為什麼會爆炸形成宇宙,事實上這些問題如今的天文學、物理學水平也沒法給出答案。如果你看過劉慈欣的《三體》系列小說知道「降維打擊」這樣的概念,那你可能會說奇點的原材料來自一個更高維度的宇宙。可是,更高維度宇宙優勢怎麼來的?