量子真空,★如何☆rú hé★,(自我)描述

原创

导读:量子真空,★如何☆how★(自我),描述。★问题☆foul-ups★的,根源,★来了☆老弟★:这不过是一个语言表达上,的混淆,量子真空其实不是真空,有★时候☆When★连,物理学家也,被他们,★自己☆his★制造,的文字游戏骗倒了。★如何☆how★,描述量子真空?正,因如此,量子物理学家更倾向于使用“基本状态”,的概念,:在一个★最小☆smallest★的能量状态之上,建立起一整套状态,以此,描述,整个量子,★体系☆systems★;我,不得不★承认☆admitted★,在★展示☆showed★,表演,中,无论是描述量子真空特征,还是从预设图景中,呈现真空样貌,★我们☆we★,★这些☆These★物理学家,都显得,十分笨拙。,

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作者,:皮埃尔比,奈托利(Pierre Biné,truy)

翻译:叶,欣欣

无穷乌有。,

――帕斯卡,《沉思录》,1670年

 

道生一,一生,二,二,生三,三生万物,。,

万物负阴,而抱阳,冲气以为和。,

――老子,《道德经》

在日常用语中,“,真空”就是去除一切,后剩下,的东西。如果不把它,当成,一个时空框架,重新引, 入★一些☆yī xiē★粒子,原子,分子的话,真空貌似价值不大......在量子力学领域,★我们☆wǒ men★★可以☆ kě yǐ★生成真空,吗?从严格★意义☆yì yì★上讲是,不★可以☆ kě yǐ★的,因为总,会有,★一些☆yī xiē★虚,粒子★出现☆chū xiàn★或消失,★无法☆to be★从★这些☆zhè xie★微观,波动中区分出真空。所以,★人们☆rén men★倾向于用,基本状态――★最小☆zuì xiǎo★能量状态来代替,真空概念,。传统,真空中的,零,能量,加上微小但数量众,多的波动能量,★这些☆zhè xie★波动从,统计,★意义☆yì yì★上也贡献,了能量,这就是,“,★最小☆zuì xiǎo★能量状态,”。这听上去,有点复杂了,但物理学家通常会把这个概念加上,并把这个,基本状态称为“量子真空,”。,★问题☆wèn tí★的,根源来,了:这不过,是一个语言,表达上的混淆,量子,真空其实不是,真空,有★时候☆shí hou★,连,物理学家也,被他们★自己☆zì jǐ★制造的,文字游戏骗,倒了。每次看到“量子真空”,这个,词,大家,要记得,这就是,基本状态。

为了让大家,更好地理解这个,概念,我举,一个声音的,例子:在摄影棚里,摄影师在某一布景里,拍摄,了不同,场景后,录,音师要求整个,拍摄团队,保持沉默,然后,★记录☆jì lù★静音;事后,录,音师利用这些静音完成衔接,。,影片中的布景装饰,房间面积,出场演员,当日的,天气★都是☆doushi★有特点的,。虽然没有声音,却充满了声音,的起伏波动。量子真空也是一样,它就是录音师重建声音时所用的,背景。

...............

量子,真空的概念理解,起来有点困难,因为,它,涉及,了无穷小――在无穷小中,各种量子力学,定律,是★有效☆yǒu xiào★的;也,涉及,了,无穷大,即整个宇宙。物理学,家有哪些构想?★如何☆rú hé★,描述量子,真空?★艺术☆yì shù★家有,时会找到,一些,捷径,让,★人们☆rén men★更好地理解这些晦涩难懂的概念,。,★艺术☆yì shù★既是,描述,也是诠释。,

对于西方读者来说,“,真空”一词给概念理解造成了困难:既然真空是,清除一切,之后剩余,的,东西,物理学家又★如何☆rú hé★在,其中看到了结构,对称,涨落,能量,……甚至还能,让一个真空,向另一个真空演变?,正因如此,量子,物理学家更,倾向于使用“基本状态”的概念:在一个最小的能量,状态之上建立起,一整套状态,以此,描述整个,量子★体系☆tǐ xì★;这个最小的能量状态被称为“基本状态”。一个,粒子状态建立在基本状态之上,粒子,的能量相当于基本状态的能量再,加上粒子的质量能量(mc2);以此类推,接下来是两个粒子状态,三个粒子状态,…,…最终在基本状态,之上建立起一个,“,状态塔,”(图VI.1)。

既然如此,那,为什么,还要,保留“量子真空”,这个术语呢?“空”的,概念,在东方文化里有着丰富,的含义。尤其,在★中国☆zhōng guó★文化中,“空”,(,也称“,虚”,)的概念更,完善,★而且☆ér qiě★非常,接近物理学家对真空的理解。程抱一在,《虚与实,★中国☆zhōng guó★绘画语言研究,》(,Vide et plein。le langage pictural chinois)一书中曾说过,:“,在中国人的概念中,‘虚’并不像,西方人设想,的那样,是,一些模糊或不,存在的东西,而是极,具活力,极其活跃的,元素。‘,虚’与‘气’,和‘,阴阳更替’的原理相联,为,万物变化,提供,了,绝佳的场所。在‘虚’之中,‘实,’,才能,真正达到丰满。”,我在书中着重标出了这句话,。可见,在东方文化里,“空”的概念比,西方有活力,得,多,★而且☆ér qiě★与“,实”的概念之间有着丰富的交集。同样,在,物理学中,“实,”,是,建立在“空”,的基础之上的。,此外,本篇开处,引述的,老子这句名言与图VI.1★展示☆zhǎn shì★的量子构造之间,有着极其惊人的相似,之处。

量子,真空,如何(自我)描述的图片,1

当物理学家谈及量子真空的★时候☆shí hou★,浮现在他们脑,海里的另一个,★形象☆xíng xiàng★是量子涨落的,汇集。一些粒子,与反粒子组从真空中产生,然后进行复合,重新变为真空。这会,产生,相当于2倍mc2能量的破坏力(,粒子,与反粒子有相同的,质量m)。,★但是☆dàn shì★,量子力学★允许☆yǔn xǔ★在,一段时间内★出现☆chū xiàn★这种破坏力,而且粒子质量,越大,破坏时间,越短。这些粒子,与反粒子,对被称为,“,虚粒子对,”,因为它们不能被探测到,否则,这个能量,的破坏力会十分明显。这意味着,量子真空中★可能☆kě néng★潜在,饱含★所有☆suǒ yǒu★粒子,也就是说,饱含宇宙中★所有☆suǒ yǒu★的潜在能量。,正是这个潜能,把能量,赋予了真空。

如何描述量子,真空呢?我脑海中浮现,的,第一个图景,是★日本☆rì běn★禅意庭院:园丁用钉耙铺设出,白色砂砾图案,★★形成☆xíng chéng★☆xíng chéng★有节奏的花园背景;在此,背景上,再,加上,几组山石或小灌木,的,装饰。量子,真空,跟这个白砂背景一样,没有,特,别的限定,但这是宇宙构建,的基础―,―宇宙,如同,庭院一样,虽然被墙围,出了边界,但树上的花或,叶丛越过了,墙,让庭院与,外界依然保持着持久的对话。

这些古老而精致的庭院,如,京都的龙安寺庭院,(图VI.2),都加入了,时间的维★度☆ dù★。在某种意义上,比花园,高出几个台阶,的木质,平台A就代表了时间:来此,观赏花园的一代代游客留下了他们的思考,★梦想☆mèng xiǎng★和经历。,庭院饱含着所有这些虚幻的★故事☆gù shi★,所有潜在的★可能☆kě néng★,。在,几个世纪内,庭院★已经☆yǐ jing★远远超,出了铺设精,美的,砂砾与山石,。,如同量子真空一般…,… 

量子真空,如何(自我)描述的,图片2

我脑海中的第二个图景,在西班牙巴斯,克地区的,安多,艾恩市,一座采石场里的★一场☆yichang★,★音乐☆yīn yuè★会,。作曲家卡格尔艾达,创作的,电声,★音乐☆yīn yuè★★作品☆zuò pǐn★名为“,真空波动”。音乐充满了空旷的采石场,再现,了虚幻的,山峰――★随着☆suí zhe★不断开采,山峰,★随着☆suí zhe★,一块接一块被搬,走的石头而消失,。,每块离去的,石头被,声音,的波动,所重现,。,

第,三个图景,在★我们☆wǒ men★的实验室里:阿提拉,彻尔格的,★作品☆zuò pǐn★“,化圆为方,”(Squaring the Circle)藏在,黑色,屏幕里,(,图VI.3);四叶草状的镜子反射出光芒,投射出圆形碟片的方形,阴影。,圆圈是宇宙本身,而这,个作品反映出,圆圈本身有着变成方,形的,潜在可能―,―圆圈如同虚拟的方形。在这个作品中,量子真空是什么?,在我看来,是光。因为在这里,光是★展示☆zhǎn shì★变化潜能的介质。

量子,真空,如何(,自我,),描述的,图片3

如何描述量子真空,呢?玛丽-欧迪尔,蒙西,古尔曾在“起源实验室”(,Labos Origins)提出这个★问题☆wèn tí★。“,起源实验室,”是,★科学☆kē xué★家与艺术家的,交流平台,大家在此,共同★讨论☆tǎo lùn★“起源,”,问题。我们,曾举办过★一场☆yichang★主,题为“,量子真空”的,表演。,“,空”,同样具有起源,的意义,。在中国的哲学思想中,“空”甚至是起源的至高状态,。,我,不得不★承认☆chéng rèn★,在,展示表演中,无论是描述量子,真空特征,还是从预设图景中,呈现真空,样貌,我们这些,物理学家,都显得,十分笨拙。,★然而☆rán ér★,艺术家的表演,更加,清晰:★舞台☆wǔ tái★上出现了,一个★完全☆wán quán★,不对称的金属结构―,―我们物理学家有讲过,真空结构,吗?杂技演员在,这个,真空结构上舒展身体,通过身体的★运动☆yùn dòng★,展现引力,的束缚,―,―我们物理学,家有,★强调☆qiáng diào★,过真空对引力的关键作用吗?我★觉得☆jué de★没有吧,……

艺术★反而☆fǎn ér★更善于展现出激动人心,的★科学☆kē xué★缩影。,我们这些科学家难以看到,的,某种,★联系☆lián xì★,在情★感☆gǎn★,的直觉和身体的,★感☆gǎn★悟中★自然☆zì rán★地呈现出来。真空作为★一种☆yī zhǒng★能量★形式☆xíng shì★,确实,与引力有着,★联系☆lián xì★,。几年前,我,写过,一篇,文章,名为《,不能承受的真空之轻》,(L’,insoutenable légèreté du vide)。最令人惊讶,的事实是,真空比它★表现☆performance★出来的还要,轻。这就是让物理学家忧心不已的真空,能量问题。理解引力,理解引力融合,量子世,界定律的,方式,能让我们找到答案吗?,艺术家,们★也许☆yě xǔ★也★应该☆yīng gāi★,来关心一下这个,问题?,

本文,节选编辑自《追踪引力波:寻找时空的涟漪》(人民,邮电出版社,2017.3),经出版社授权刊登。

量子,真空,如何(,自我),描述的图片4

量子真空,如何,(自我),描述的图片5

本书以,浅显易懂的物理学和天文学知识为起点,详细讲述了引力的奥秘,阐释了,引力波及其发现对物理学,和,天文学发展,的深刻意义,介绍了在全球范围内,人们为探索引力波而创造的最新尖端,技术。

这本书是通往“引力宇宙”的大门。阅读这本书,你不需要掌握高深的科学知识,书里也没有,★爱☆ài★因斯坦广义相对论的,数学公式。不过,我会在,书中介绍一些已获得,广泛认可的★观点☆guān diǎn★与,概念,它们,既是当下最新的研究课题,也是科学界争论的热门话题。理解书中,所有,内容还是需要你付出一点,努力。但,无论如何,所有必须的,基本知识工具,本书大致上都,清晰,地介绍了。

来源:《追踪引力波,:寻找时空的,涟漪》

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