量子力學推翻舊有觀念:無中生有可能嗎?Quantum overturns old ideas: is it possible to create something from nothing?
109 次觀看·2024年3月15日
曾經,科學界存在著一種根深蒂固的觀念——無中生有是絕對不可能發生的。物質和能量都不可能憑空產生,更不用說時空本身了。這種觀點一直統治著人們的思維,直到不確定性原理的出現,徹底推翻了這一舊有定論。
Once upon a time, there was a deep-rooted belief in the scientific community that it was absolutely impossible to create something out of nothing. Neither matter nor energy, let alone space-time itself, could be created out of nothing. This view dominated people's thinking until the emergence of the Uncertainty Principle, which completely overturned this old stereotype.
曾經科學界存在着一種根深蒂固的觀念
無中生有是絕對不可能發生的
物質和能量都不可能憑空產生
更不用說時空本身了
這種觀點一直統治着人們的思維
直到不確定性原理的出現
徹底推翻了這一舊有定論
量子力學之父海森堡指出
在極小的空間尺度和極短的時間尺度內
一切事物都有可能發生
由於我們對時間測量極爲精確
反過來就無法對能量做出精確測量
在這種特殊情況下
能量和物質似乎可以逃脫物理定律的約束
自由自在地出現和消失
然而這種自由是有代價的
它只能維繫極短的瞬間
一旦時間流逝
這些神祕的物質和能量又將煙消雲散
以確保宏觀尺度上能量守恆定律的有效性
20世紀60年代後期
一種新的想法開始在科學家中散播開來
就是引力場攜帶負能量
由於引力是吸引力
假設無限遠處的勢能爲零
那麼物體靠近時
引力做功必然使其勢能爲負值
如果短暫憑空生成的物質能量形成引力場
那麼它們所攜帶的正能量
將與引力場的負能量相互抵消
總能量保持爲零
從而不違背守恆定律
這意味着物質真的可能從完全的虛無中誕生
許多人認爲我們所處的宇宙
就是通過這種神奇的機制孕育而生的
量子效應使得一小塊時空
突然從毫無根源中冒出
然後在各種力的作用下開始指數級膨脹
瞬間擴展至整個宇宙的規模
MIT著名科學家阿倫古斯
基於這一設想創立了宇宙暴漲理論
根據這一理論
在宇宙一史時期
各塊空間以難以想象的驚人速率暴漲膨脹
使得宇宙的總體積增大了數十億倍之多
這解釋了爲何今日宇宙在各個方向上
看起來如此均勻同一
自提出以來
暴漲理論已經出現多個不同版本
但要確鑿地證實
其正確性仍是一大挑戰
因爲我們無法像在實驗室中那樣
隨心所欲地觀測和研究整個宇宙
儘管如此
大多數物理學家仍對這一理論抱有偏好
視其爲解開宇宙奧祕的一線希望
1998年
古斯出版了一本面向大衆的著作
闡釋暴漲理論的精髓
他最喜歡說的一句話是
宇宙本身就是一頓免費的大餐
然而
如果我們再進一步思考
這種無中生有
其實並不算嚴格的虛無
因爲即使在沒有物質
時空之初
我們的前提仍然是物理定律的存在
諸如相對論
量子理論
及不確定性原理等種種規則
它們自身又是如何自發孕育而生的呢
亦或它們向來如此
於永恆中自存
我們越發覺的
越是探討這個問題
就越覺得玄之又玄
也許
對於宇宙最初的本源
我們還是應該謙卑一些
承認人類的認知是有限的

