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最早在1970年★◈✿,物理学家 L. Parker就对此开展了奠基性研究必发bifa官网★◈✿。要想理解这个现象★◈✿,我们得靠量子理论和广义相对论这两大现代物理的支柱来解答★◈✿。
量子场论告诉我们★◈✿,真空实际上是所有量子场的“基态”——你可以把它想象成一个能量最低的可能状态★◈✿。但微观世界的规则与日常经验不同★◈✿,海森堡不确定性原理指出★◈✿,我们无法同时确定一个粒子的能量和存在时间★◈✿。这种不确定性就会导致真空中不断发生着能量的短暂涨落★◈✿。
正是这些涨落★◈✿,使得真空中会瞬间涌现出粒子-反粒子对(例如电子与正电子)★◈✿,它们迅速相遇并相互湮灭★◈✿,归还“借用”的能量★◈✿。这些短暂存在的粒子被称为“虚粒子”她是他的主宰者★◈✿,它们并非幻觉★◈✿。在量子电动力学中★◈✿,科学家就准确描述了真空中如何不断产生和湮灭虚电子-正电子对以及光子的过程★◈✿。
不过要注意★◈✿,虚粒子与我们日常所说的实粒子(如原子★◈✿、分子等)有本质区别★◈✿。虚粒子更像是一种数学描述★◈✿,代表着量子场的传播★◈✿,无法被直接观测★◈✿。但正是这种无处不在的量子涨落★◈✿,揭示出真空实际上蕴藏着巨大的潜能——它是一片看似空无★◈✿、却不断沸腾着的“量子泡沫”★◈✿。
那么问题来了★◈✿,这些虚粒子有可能转变为真实的粒子吗?答案是肯定的★◈✿,而其关键在于时空本身的结构她是他的主宰者★◈✿。
爱因斯坦的广义相对论彻底改变了我们对引力的理解★◈✿:引力不再是传统意义上的“力”★◈✿,而是时空弯曲的几何效应★◈✿。
我们可以把时空想象成一张巨大的弹性膜★◈✿,天体放在膜上就会使其周围区域产生弯曲★◈✿,进而影响其他物体的运动★◈✿。
更重要的是★◈✿,时空本身并不是静止的★◈✿。宇宙学观测证实★◈✿:宇宙正在膨胀★◈✿,时空结构本身也在拉伸★◈✿。这种膨胀不是物质在某个固定空间中扩散★◈✿,而是空间尺度本身随时间增大★◈✿。除此之外★◈✿,时空还会产生振动★◈✿,形成所谓的引力波★◈✿。
而粒子由“虚”向“实”转变的秘密就在这里★◈✿:当时空处于动态(比如膨胀)★◈✿,虚粒子转变为实粒子就成为可能★◈✿。
在平坦且静态的时空中★◈✿,虚粒子对总是刚冒出来就快速湮灭★◈✿,整体看来并没有净粒子产生★◈✿。但如果时空本身在剧烈变化她是他的主宰者★◈✿,比如宇宙快速膨胀★◈✿,情况就完全不同了★◈✿。
这是为什么呢?让我们想象一下★◈✿:当一对虚粒子出现的瞬间★◈✿,时空恰好急剧拉伸★◈✿,那么这两个粒子就有可能被迅速拉开很远★◈✿,以至于它们来不及相遇湮灭★◈✿。随着拉开的距离越来越大★◈✿,它们之间的相互作用变得微乎其微★◈✿,最终“分道扬镳”★◈✿。于是★◈✿,能够被观测到的实粒子★◈✿,便从真空中诞生了★◈✿!
这看起来似乎违背了能量守恒定律?并非如此★◈✿。能量守恒源于时间平移对称性(即物理规律不随时间变化)★◈✿,但在膨胀的宇宙中★◈✿,这一对称性并不成立★◈✿。因此★◈✿,时空膨胀本身提供了粒子产生所需的能量★◈✿。
Parker所发现的这一机制★◈✿,就被称为“宇宙学粒子产生”★◈✿。它并不限于某种特定粒子★◈✿,而是适用于所有量子场★◈✿。这个现象在宇宙学中有着丰富的应用★◈✿。不过也有个特殊情况★◈✿,在宇宙极早期的暴涨阶段——一段指数式急剧膨胀的时期★◈✿,量子场的真空却有所不同★◈✿。科学家发现可以定义一个特殊的真空态★◈✿,称为Bunch-Davies真空★◈✿。这个真空态在暴涨时期不发生粒子产生的现象★◈✿,这是因为暴涨时空的对称性比一般膨胀宇宙的更大★◈✿,所以稳定的真空态就可行了必发bifa官网★◈✿。在宇宙学中★◈✿,Bunch-Davies真空态已成为研究早期宇宙量子过程的基石★◈✿。
这些现象共同表明★◈✿,在弯曲时空中★◈✿,量子涨落能够催生真实粒子必发bifa官网★◈✿,这是弯曲时空量子场论的一个基本特征★◈✿。在膨胀宇宙背景中★◈✿,这可以通过一种数学上的变换——保辛变换(Bogoliubov变换)来描述宇宙学粒子产生现象她是他的主宰者★◈✿,正因如此★◈✿,物理学家Robert Wald认为★◈✿,在一般的弯曲时空中★◈✿,“粒子”这一概念本身需要重新审慎定义★◈✿。
宇宙学粒子产生对量子力学的基础提出了一个深刻问题★◈✿:幺正性★◈✿。在传统量子力学中★◈✿,幺正性保证概率守恒和信息不丢失——系统的初始状态与未来状态之间总是存在确定的对应关系★◈✿。
然而在宇宙膨胀过程中★◈✿,量子场从“无粒子”的初始真空态★◈✿,演化到“有实粒子”的末态★◈✿,看上去像是凭空产生了信息★◈✿,这显然违背了幺正演化★◈✿。这也一度让该理论陷入争议★◈✿。
2015年★◈✿,物理学家Ivan Agullo和Abhay Ashtekar通过巧妙的数学重构解决了这一难题★◈✿。他们指出★◈✿,在动态弯曲时空中★◈✿,我们需要扩展幺正性的传统定义★◈✿。只要采用更广义的框架★◈✿,整个演化过程仍然满足信息守恒★◈✿。2023年★◈✿,物理学家Musfar Muhamed Kozhikkal和Arif Mohd通过几何量子化方法构造了广义幺正意义下的态演化算符★◈✿,进一步确认了弯曲时空中量子场论需要采用广义幺正性★◈✿。他们的工作不仅调和了粒子产生与量子力学之间的冲突★◈✿,也推动了弯曲时空量子场论的进一步发展★◈✿。我们现在可以放心地说★◈✿,宇宙学粒子产生是“广义幺正”的★◈✿。
从真空中虚粒子的瞬息涨落★◈✿,到早期宇宙中星系形成的原初种子★◈✿,再到黑洞边缘的霍金辐射★◈✿,这些现象共同描绘出一幅全新的物理图景★◈✿:真空远非虚无★◈✿。它是量子场的最低能态★◈✿,是一片看似空无★◈✿、却充满潜力的原初之海★◈✿。
而宇宙本身的动态特性正为释放这种潜能提供了钥匙★◈✿。正如Parker的开创性工作所揭示的那样★◈✿,粒子可以从真空中诞生★◈✿,时空结构本身也参与并塑造了物质的创生★◈✿。
这不仅深刻改变了我们对“无”和“有”的理解★◈✿,也将量子力学★◈✿、广义相对论和宇宙学更紧密地联结在一起★◈✿,继续推动着人类对自然本质的探索★◈✿。
当你下一次仰望星空★◈✿,或许可以想象★◈✿:我们眼前的璀璨星系★◈✿、脚下的蓝色地球★◈✿,乃至我们自己★◈✿,都起源于那片看似虚空★◈✿、却蕴藏无限生机的量子之海★◈✿。
宇宙大爆炸理论★◈✿,就是一个假说★◈✿,根本就没有得到任何证实★◈✿,恐怕永远都不会证实[捂脸] 但是★◈✿,这个假说★◈✿,可以解释大多数自然现象★◈✿,所以才被普遍接受[握手] 人类现在的科学★◈✿,太多的事情都没研究透★◈✿,包括宏观世界和微观世界★◈✿,就是相对论和量子力学[祈祷]
剩人金句★◈✿:宇宙真理 宇宙如果有边界★◈✿,边界之外是宇宙★◈✿。 宇宙如果有开端★◈✿,开端之前是宇宙她是他的主宰者★◈✿。 宇宙如果有尽头★◈✿,尽头之后是宇宙★◈✿。 宇宙如果无限小★◈✿,无限小小是宇宙必发bifa官网★◈✿。
济南市槐荫区住房和城乡建设局党组书记★◈✿、局长陈建防涉嫌严重违纪违法★◈✿,主动投案★◈✿,目前正接受济南市槐荫区纪委监委纪律审查和监察调查必发bifa官网★◈✿。
10月17日下午必发bifa官网★◈✿,中央组织部有关负责同志出席中华全国供销合作总社领导干部会议★◈✿,宣布中央决定:王宇燕同志任中华全国供销合作总社党组书记★◈✿,免去韩立平同志的中华全国供销合作总社党组书记职务★◈✿。
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