我们用的一切,都是由最基本的亚原子粒子构成,它们在
宇宙的演化进展中聚集组成了巨大的结构——人、
行星、
恒星、
星系和
星系团 。它们都遵循相同的物理定律,并存在于万物所占据的同一
时空环境中 。
图注:我们
银河系中一个没有
物质的
空间区域揭示了宇宙的另一端,那里的每一点都是一个遥远的星系 。星系团/空洞结构可以非常清楚地看到,这表明我们的宇宙并非在所有尺度上都具有完全均匀的密度 。然而,无论我们在哪里,我们仍然能在宇宙中找到“某物” 。
我们今天在宇宙中看到和经历的所有这些事情,只存在了有限的
时间 。宇宙并不总是有星系、恒星或原子,所以它们一定是在某个时刻出现的 。但是它们是从哪里来的?虽然显而易见的答案似乎是“某物”,但这未必是真的;它们可能是从无到有,而不是从“某物”开始 。在这种情况下,“虚无”对
科学家意味着什么?根据这个问题,我们可能会得到四个不同的答案之一 。
图注:宇宙是一个广阔的、多样的、有趣的地方,充满物质和能量,以各种形式,并根据物理定律在时空的舞台上发挥作用 。哈勃
太空
望远镜拍摄的星系团IDCS J1426.5+3508就是一个例子 。
1.)制造“某物”的原材料不存在的情况 。
如果没有必要的粒子来建造星系、恒星、行星或
人类,它们不可能存在 。我们所知道并与之相互作用的一切都是由亚原子物质粒子构成的;我们所知道的宇宙由这些原始成分构成 。
如果从一个充满物质的宇宙开始,那么我们将了解它如何膨胀、冷却和被引力吸引演化成我们今天所知道的宇宙 。我们知道恒星如何生存和消亡,导致产生低质量恒星、岩石行星、有机分子的重元素,并最终产生
生命的可能性 。但是,我们如何最终得到一个充满物质的宇宙,而不是一个物质和反物质数量相等的宇宙呢?这是从无到有的第一个科学意义 。
图注:在夸克/反夸克对湮灭之后,剩余的物质粒子在中微子、反中微子、光子和电子/正电子对的背景中结合成质子和中子 。在正电子上会有多余的电子,以精确匹配宇宙中质子的数量,保持其电中性 。这种物质与反物质的不对称性如何产生,这是当代物理学中一个尚未解决的重大问题 。
这也是物理学中最大的难题之一:如果物理学定律是这样的,我们只能创造等量的物质和反物质,那么我们怎么会最终得到一个宇宙,在这个宇宙中,我们看到的每一个结构都是由物质而不是反物质构成的?我们所见过的每一颗行星、恒星和星系都是由物质构成的,而不是反物质 。那么,如果宇宙不是与生俱来的,我们是如何制造出这些必需的原料的呢?
这就是当你听说我们宇宙中的物质是从无到有时的意思 。物质反物质非对称性的
起源——物理学界称之为重质化——是当今物理学中尚未解决的最大问题之一 。已经提出了许多想法和机制,并且在理论上可行,但是我们还不知道答案 。我们不知道为什么会有一些东西(比反物质更多的物质)而不是没有(等量的) 。
图注:宇宙是一个神奇的地方,它今天的样子非常值得感谢 。尽管我们最壮观的太空图片富含星系,但宇宙的大部分空间完全没有物质、星系和光 。我们只能想象一个宇宙,那里的空间是真空的 。
2.)虚无是空的空间 。
也许我们更喜欢一个定义,里面根本没有包含"任何东西" 。如果遵循这一思路,那么第一个定义是不充分的:它清楚地包含着“某物”,为了达到虚无,我们必须摆脱物质的每一个基本组成部分 。每个量子的辐射都必须移除,从
幽灵中微子到任何暗物质,每一个粒子和反粒子都必须被移除 。
如果我们能以某种方式将它们全部移除,就能确保留下的唯一东西就是空的空间本身 。没有粒子或反粒子,无论是物质或辐射,在这样的宇宙中没有任何类型的可识别的量子,所剩下的只是空旷的空间本身 。对某些人来说,这是“虚无”的真正科学定义 。
图注:显示量子真空中虚拟粒子的量子场论计算可视化 。(特别是,对于强相互作用)即使在空白空间,这种真空能量也是非零的,从空间曲率不同的观察者的角度来看,弯曲空间中一个区域的“基态”看起来也不同 。只要量子场存在,真空能(或宇宙常数)也必须存在 。
但某些物质实体仍然存在,即使在这种高度限制和想象的情况下 。物理定律仍然存在,这意味着量子场仍然渗透到宇宙中 。这包括电磁场、引力场、希格斯场和由核力产生的场 。时空仍然存在,由广义相对论支配 。基本常数仍然存在,都有我们观察到的相同值 。
而且,也许最重要的是,空间的真空零点能量仍然存在,它仍然处于当前的,正的,非零值 。今天,这表现为暗能量;在大爆炸之前,这表现为宇宙膨胀的形式,其最终形成了整个宇宙 。这就是“宇宙从无到有”这句话的由来 。即使没有任何类型的物质或辐射,这种“无”的形式仍然会导致一个迷人的宇宙 。
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【科学虚无主义 科学家发现世界是虚拟的】
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