“无”概念的四个科学定义


宇宙是一个巨大,多样而有趣的地方,充满了各种形式的物质和能量。 所有这些都是根据物理定律在时空的舞台上播放的。 哈勃望远镜拍摄的这张照片对此进行了说明,该照片显示了星系IDCS J1426.5 + 3508的星团。 在真正剩下任何东西之前,需要除去多少东西?

观察我们的世界和我们的宇宙,我们对其中的一切进行反思和推理。 这些是各种粒子,原子,人,以及行星,恒星,星系和最大的结构。 根据我们的兴趣,我们可以讨论气体,灰尘,辐射,黑洞,甚至暗物质。 但是,我们看到,观察到的一切或我们推测存在的一切,可能不会永远存在。 其中一些源于先前存在的物质,而另一种似乎完全源于虚无。 科学地讲,并非所有人都使用“无”一词来接受我们的意思也就不足为奇了。 根据您询问的人(或何时),您可以获得以下四个答案之一。 这就是为什么它们对我们都很重要的原因。


宇宙中最孤独的星系-附近没有另一个星系,距离为1亿光年。 但这不能称为空白的真实表示。

1)您不感兴趣的时间。 宇宙是如何产生行星的? 星星呢? 物质的不对称呢? 这些对象并不总是存在;必须创建它们。 当我们知道它们出现的机理时,我们通常会说我们感兴趣的主题是从某种事物而不是从一无所有中创建的。 行星从前几代恒星的碎片中出现,在原子核中产生了重元素,然后将其扔入星际空间。 恒星从收缩的气体云中涌出,在其中出现足够密集和炽热的区域,可以点燃核聚变。 行星和恒星是从先前形式的物质中出现的物质。 它们是由某种事物创造的,而不是一无所有。


大爆炸创造了物质,反物质和辐射,并在某个时候创造了更多的物质,这正是我们今天的宇宙诞生的原因。 这种不对称在对称开始的过程中是如何出现的-到目前为止,这个问题仍然悬而未决。

但是,我们今天遇到的问题并非来自之前存在的问题。 在遥远的过去,宇宙由相等的物质和反物质组成。 我们所知道的物理定律只允许我们按等比例创建它们。 但是,今天的宇宙几乎完全由物质组成,而不是由反物质组成。 我们知道的所有数十亿个星系都是由物质而非反物质组成的。 不对称来自何处? 它来自先前的对称状态。 从物质和反物质均分的状态 从不对称的时间开始。 有些人认为,这意味着我们今天遇到的问题源于一无所有-尽管其他人与他们争辩说严格遵守“无”的其他定义。

然而,没有人认为, 重生的科学问题或物质/反物质不对称的根本原因是现代物理学中最繁重的谜团之一。 人们发明了许多物质出现的思想和机制(代替了反物质),但是我们没有证据表明其中有一个胜利者。


粒子物理学的标准模型描述了四个相互作用中的三个(除了重力以外的所有相互作用),整个开放粒子集及其所有相互作用。 借助伴随的量子场论,我们还可以找到量子真空的性质。

2)空的空间。 想象一下当今宇宙中存在的一切。 想象一下物质的所有基本组成部分; 辐射的每个量子; 每个黑洞; 每个质量; 每个粒子和反粒子。 现在想象我们已经删除了所有这一切。 想象一下,它们从宇宙中消失了,只留下了空白。 之后究竟会剩下什么? 有人说将一无所有,这样的定义适合他们。


可视化的量子场论,其中的计算演示了量子真空的虚拟粒子。 即使在空的空间中,真空的能量也不等于零。

但是,与所有物理定律一样,被称为时空的实体将仍然存在。 在空的空间中存在的所有场,包括希格斯场和量子场,我们经常将其描述为新兴的和消失的粒子-反粒子对。 诸如量子场论之类的物理定律仍然有效。 有一个相对论的一般理论。 基本常数存在并且没有改变含义。 空真空本身具有零以外的零能量。 如今,它表现为暗能量,在遥远的过去,它具有完全不同的非零值,是宇宙膨胀的主要推动力。 当他们说宇宙从无到有出现时,通常指的是“无”:通货膨胀引发的炙手可热的大爆炸。


平坦的空白空间的图像,没有物质,能量或曲率。 如果该空间具有最低的零能量,则将无法减小它

3)具有最低能量的空旷空间。 如果宇宙的零能量减少到其基态怎么办? 通货膨胀结束时,宇宙中的真空能量大大下降:从通货膨胀柱到当前值。 空域能量的下降导致粒子能量的大幅增加,并产生了一个热的大爆炸。 但是不能保证我们现在处于真正的最小能量状态。 我们可能处于虚假的真空状态,而真实的真空在另一个将改变宇宙的灾难性转变之后等待着我们。


虚假真空中的标量场φ。 请注意,能量E高于真实真空或基态下的能量,但是有一个屏障可以阻止电场向下滑动到真实状态。 在通货膨胀时,宇宙还没有处于真正的真空状态。 可能不是今天。

如果您达到了这个真实的基态,无论它是什么状态,并从宇宙中移除了所有物质,能量,辐射和时空波,还剩下什么? 这可能是“什么都不是”的最终想法:您仍然有一个宇宙可以玩的场景。 它可能没有球员,角色,剧本,但在深渊中,“一无所有”仍然没有场面。 太空真空度将达到最小值; 没有希望从中提取功,能量或真实粒子,但时空和物理定律仍然存在。 从理论上讲,如果您向此类Universe中添加粒子,则该粒子将与当今Universe中存在的孤立粒子没有区别。


当今宇宙中可用的整套实体起源于炙手可热的大爆炸。 而且,今天的宇宙之所以出现,仅仅是因为时空所具有的特性以及物理定律。 没有他们,我们不可能以任何形式存在

4)如果删除整个宇宙及其管辖法律,剩下的一切。 最后,您可以想象我们如何去除所有物体,包括空间,时间以及控制所有粒子或能量量子的规则。 这就创建了“虚无”的类型,物理学中对此没有定义。 这超越了宇宙中存在的“虚无”,而变成了一种更具哲学性的,绝对的“虚无”。 但是,在物理学的背景下,“一无所有”的这种定义没有意义。 我们将不得不假设,存在一个时空之外的状态,在这种状态下,时空可以从这种假设的真实“无”状态中出现。

这可能吗? 如果不存在空间,时空如何在特定位置出现? 如果没有“更早”的概念,如果没有时间,那么如何创造时间的起点? 那么控制粒子及其相互作用的规则从何而来呢? 至少有什么意思意味着“无”的最后定义,还是仅仅是没有物理意义的逻辑结构?


在膨胀期间,时空在量子尺度上的波动跨越了整个宇宙,并导致了密度和引力波的缺陷。 尽管通货膨胀状态下的空间可以用许多方式正确地称为“无”,但并非所有人都同意。

在这个问题上尚未达成共识。 由于人类语言的歧义,人们可以说“没什么”,意思是这些定义中的任何一种,而且纯粹主义者会期待您大胆地敢于在不那么纯净的情况下使用“没有”一词。他们的定义。 如果实际出现的东西以前没有发生过类似的事情,则可以说什么都没有,但并非所有人都会同意。 如果我们除去所有物质,反物质,辐射,甚至空间曲率,我们可以自信地说,剩下的将一无所有-但经过这样的纯化后,仍然会残留一些东西。 如果您除去空间本身固有的所有能量,而只留下时空和自然规律,这也可以称为“无”。 但是,从哲学的角度来看,有些人仍然会感到不满意。 而且,只有删除这些剩余的内容,他们才能同意可以将剩余的内容称为“无”。


根据物理定律,可以预测标准模型的粒子和反粒子的存在。 没有这些定律,没有时空场景,会出现明显的东西吗?

那么谁是对的? 所有这些,每个都有自己的方式。 关键不是要争论真正的“虚无”是什么,而是要接受和理解这些定义及其用法。 重要的是不要将彼此混淆,也不要为为什么不能以某种方式使用该词而争吵。 取而代之的是,当某人(尤其是科学家)使用“什么都没有”一词时,请尝试准确了解他的意思以及他试图解释的现象。 因为,尽管有我们所有的想象力,但是唯一了解任何事物的真实模型都是基于我们在物理现实中可以测试的东西。 其他一切,无论听起来多么逻辑,都只会成为我们的观念。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN411829/


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