有时候想,到底有没有绝对意义上的真空这东西。就算有手段将所有东西都抽空,那么空间是不是客观存在的物质,再真空它里面也有空间吧。
所以我们有的只能是相对意义上的真空,那么既然是相对意义,相对于空气,我们可以把一个抽空了空气的空间叫真空,空气在这里成为了一个描述真空的标准。
那么有没有相对于其他物质的真空呢?比如说相对于暗物质的真空,这个要达成的难度就好了些,但好像是有这种描述方式的。
真空并不是一无所有,真空里有万物,甚至可以说,由大爆炸而来的宇宙,便是来自真空,这颇有点类似佛语“空即是色”的观点。
当电场强度高到10^11V/m时,空气会被电离,这就是通常一束强度足够高的激光经聚焦后在空气中会形成光丝(filament)的原因,目前在这一领域的研究已有很多,主要是因为实验进行起来很方便。但是在真空场合呢,事实上真空也是可以被电离的,比如当场强达到10^18V/m时,真空会被电离出正负电子对,注意,这是实物粒子。
爱因斯坦质能方程表明了质量与能量之间的关系,由质量变为能量很好理解,原子弹就是这么来的,同理能量也是可以变为质量的,真空电离就是这样一个过程。
真空电离的实验是很难做的,主要的困难是无法产生这么高的场强,在这种场强下几乎所有物质都会被电离,一种可行的方法是利用等离子体对空间进行折射率调制,进而对强激光束进行聚焦,然而这目前也仍处于理论计算的层面。
从量子场论的角度你尽管可以说真空里面含有很多粒子,但是事实上对真空的“测量”是需要用粒子去测量的,这里面不能排除粒子的干扰,记得不确定性原理的测不准表述否?探测粒子能量越大,对被探测对象的干扰越大。所以真空到底是含有很多粒子,还是允许很多粒子在相互作用的干扰下从探测粒子发射出来,是没有答案的,量子力学是不讨论这个问题的,也没法讨论,因为这涉及粒子在加速系中的行为。
事实上如果真空真的蕴含很多粒子,那么它们就必然会贡献引力能,并且这个能量大得离谱、荒谬,完全不符合观测。
要真正了解真空中有什么,或没有什么,需要知道量子在加速系下的行为,由于等效原理,加速等价于处于引力场中,事实上就是需要一个量子引力理论。有个效应叫盎鲁效应,加速粒子会感测到真空温度不为零,但是该效应还没在实验上证实。
爱因斯坦建立广义相对论后,大约1920年代开始,他就一直认为真空就是引力场,脱离引力场去谈真空没有实际意义。持有“一切皆是量子”的观点的人,对爱因斯坦的固执很不屑一顾,然而事实证明,半个世纪过去了,引力还没有一个正确的量子理论。爱因斯坦希望从引力理论发展出量子力学,一个人搞了30年没有成功。 成千上万的物理学家希望从量子力学搞出引力理论,搞了50年没有成功,是否比爱因斯坦牛逼已经一目了然了。
所以真空到底是蕴含很多粒子,还是真空就是引力场,还是别的什么,目前没有定论,是一个开放性的问题,这里面还隐藏着很多秘密,很多.....