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当前位置:主页 > U盘 > 急速3.1闪存盘 > 正文 更新时间:2018-12-03

真正的真空,也许没你想像的那么空

然而在物理学中,这个看似空无一物的概念却有着非常丰富的内容。下面我们将追溯在物理学中,特别是在量子力学基础上建立起来的现代物理学中,如何对真空这个概念给予非常有趣、也非常重要的理论思考和实验探索。

不难发现,真空这个概念,是与空间、物质、能量等物理学最基本概念紧密联繫在一起的,对于它的研究往往是物理学中最为深刻、也最为令人困惑的根本性问题。也许真空不空 是对它最好的诠释。

经典物理框架下的真空:以太19 世纪中叶,麦克斯韦建立了电磁学的理论:经典电动力学,进一步指出光就是一种电磁波,电磁波在空间中以光速传播。那么电磁波是如何在空间传播的呢?

当时物理学家对于波动的图像主要来自于声波和水波,例如空气的压缩可以形成声波,水的振动可以形成水波。因此,直观地来看,波动是需要依赖于某种媒介的。

既然电磁波能够在整个空间传播,物理学家很自然地认为,整个宇宙空间都瀰漫着一种特殊的媒介,叫做以太 ,电磁波就是以太的振动而形成的。这可以看成是当时物理学界对于真空这个概念比较流行的看法,即真空中充满着以太。

19 世纪末,着名的迈克耳孙—莫雷实验,利用光的干涉效应对于这种以太进行了一次实验测量。如果这种以太存在的话,根据牛顿力学的速度叠加原理,在地球上朝着不同方向传播的光的速度有微小的差异,那么两条光路的干涉效应可以表现出这一差异。

当时迈克耳孙—莫雷实验已经达到了非常高的测量精度,然而这个实验却没有观察到预期的光速的差异。这个着名的实验也被开尔文爵士称为在物理学明朗天空的远处,还有两朵令人不安的乌云 之一,成为困惑物理学界的重大问题。

1905 年,爱因斯坦提出了狭义相对论,其中有两条基本原理:相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦指出,只要放弃牛顿力学中绝对空间和绝对时间的概念,迈克耳孙—莫雷实验的困惑就可以得到解决,完全不需要引入以太。

电磁场本身就是一种物质易富彩彩票,电磁波是这种物质的运动形式之一,不需要依赖像以太 这种媒介就可以在空间中传播。爱因斯坦的相对论给予经典的以太概念以致命的一击,至此经典的以太论被人们所摒弃。

有趣的是,爱因斯坦在晚年时期,为了统一场论,对以太的概念情有独锺,曾亲切地称之为我们的以太 。可见,儘管经典的以太概念不正确,但是新的以太概念必将在物理学基本问题中佔有至关重要的地位。

相对论量子力学中的真空:狄拉克的电子海20 世纪有两大物理学的革命:相对论和量子力学。从研究开尔文勛爵所说的两朵乌云的另一朵——黑体辐射开始,普朗克、玻尔、海森伯、薛定谔、玻恩、泡利等众多着名物理学家建立起微观世界的理论:量子力学。

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