太空是幾乎完美的真空,布滿了一個個宇宙空洞。簡單來說,這要怪引力。但要真的了解我們宇宙的真空,就需要花些時間來了解什麼是真空——以及什麼不是真空的。
那麼,什麼是真空?為什麼太空不是完全真空的呢?
美國自然歷史博物館天體物理學部門的高級科學家Jackie Faherty告訴Live Science說,首先不能把真空吸塵器比作太空的真空。家用吸塵器能有效地將你地毯中的灰塵和汙物吸走。但是太空的真空恰恰相反。真空在定義上是指完全沒有物質。太空幾乎是絕對真空的,並不是因為吸力,而是因為幾乎是空的。
這種空無導致了極端的低壓。雖然我們無法在地球上模仿太空的空無,但是科學家能夠製造出極端低壓的環境,被稱為「局部真空」。
即便不用真空吸塵洗這種類比,「理解真空的概念也是幾近陌生的,因為它和我們存在的方式處處相矛盾,」Faherty說。我們作為人類的經歷完全只限於宇宙中一個非常密集、擁擠又有活力的角落。所以我們很難真正的理解虛無或是空無。但事實上,對我們來說在地球上再正常不過的東西,從整個宇宙上來看其實很稀有,因為那裡絕大部分都是幾近虛無的。
引力才是王道
通常,縱使沒有引力,太空也會相當的空。「相較於宇宙的體積,裡面的那些物質真是沒多少,」加州理工大學的理論天體物理學家Cameron Hummel說。根據NASA,宇宙的平均密度為每立方米5.9質子(一種攜帶正電荷的亞原子粒子)。但因為引力將宇宙中的物質聚集在一起,進一步增強了特定區域的空虛。
基本上,任意兩個有質量的物體都會被彼此吸引。這就是引力。換句話說,「物質喜歡呆在其他物質的附近,」Faherty說。在太空裡,引力會讓鄰近的物體更加靠近彼此。在一起,兩者的集體質量增加了,更多的質量意味著它們會產生更強的萬有引力,進而會將更多物質拉到它們的附近。先是質量增加,然後是萬有引力,之後又是質量。Hummel說:「這是個失控效應。」
Hummel說,隨著這些引力熱點不斷吸引附近的物質,它們之間的空間被抽空,製造出了一個宇宙空洞。但是宇宙一開始不是這樣的。在大爆炸後,宇宙中的物質被分布的更加均勻,「幾乎就像是一場霧,」他說。但經過數十億年,引力使這些物質聚集形成了小行星、行星、恆星、太陽系和其他星系;並在行星間、星際間和星系間留下了一個又一個空洞。
但即便是太空裡的真空也不是100%的純真空。在星系之間,每立方米的太空中存有不足1個原子,這意味著星系間並非徹底是空無的。但是,它遠比人類在地球實驗室裡模擬出的真空中所存在的物質要少的多了。
與此同時,「宇宙還在不停地擴張,」Faherty說,這確保了宇宙大部分空間都是空無的。「聽起來真的很孤獨。」
本文譯自 LiveScience,由譯者 Diehard 基於創作共用協議(BY-NC)發布。