无可以产生出基本粒子，.ppt

無”的物理學 (上) 翻譯 王嗚陽 什麼是“無”？誰都知道“無”就是“什麼都沒有”。既然什麼都沒有，還有什麼需要討論的呢？ 然而對於物理學，“無”絕不是一個沒有意義的概念。19世紀的英國物理學家邁克爾．法拉第有一句名言：“無，真是太奇妙了，簡直無法相信是真的……” 隨著物理學的發展，“無”越來越顯示出它的重要性。“無”可以產生出基本粒子，“無”可以具有能量，“無”可以誕生出宇宙……這些，都是現代物理學通過認真研究得到的“正兒八經”的結論。在今天，“無”已經同物理學密不可分。本文就來介紹“無”究竟是什麼，以及它的那些奇妙的性質。 查明 “無”，認清世界的本來面目 現代物理學的許多研究課題都同“無”緊密相連 看看你的周圍，這裡有自己的身體，有這本『科學世界』雜誌，有身上穿的衣服，還有我們呼吸的空氣，在室外，則有大地，有飄浮在天上的白雲，有發出耀眼光芒的太陽……… 總之，我們這個世界到處都是這種“有”，它們如此地豐富多彩，魅力無窮。 然而 “無” 就不同了。什麼都沒有，空空如也，相對於“有”，當然是單調而乏味。 可是物理學卻不這樣看。物理學中的“無”是一種動態的“無”，始終外在一種激蕩的狀態。甚至有人認為， “知道了“無”，就知道了一切”(美國斯坦福大學雷納德，薩斯坎德博士語)。倘若果真如此，那麼，現化物理學是怎樣描繪“無”的呢？ 在這篇特別策划文章中，“無”這個詞用來指三層不同的意思。第一層意思，“無”代表取走一切物質之後的一種“空的空間”，即 “真空”。大多數人所說的“無”，指的就是這樣一種空間。 然而，即使在這種 “無的空間”裡，也像沸騰的開水那樣不斷地有“氣泡”冒出，即有各種各樣的粒子不斷地產生出來。這就是空間被取走了一切物質之後所處的狀態。 不僅如此，在這種“無的空間”這隱藏著某種現在尚未查明究竟是什麼的能量。根據近年來的觀測資料推算，這種未知能量要占到宇宙全部能量和物質的總量的73%左右。換句話說，宇宙的大部分都是這種“無”所具有的能量。 “無的空間”看似空無一物，其實包含有豐富的內容。 第二層意思的“無”，是指連“時空”(時間和空間)也不存在的“無”。按照美國物理學家亞歷山大，維蘭金提出的一種理論，我們這個宇宙就誕生自這種既沒有時間也沒有空間的“無”。這好似荒誕不經，然而卻是物理學家正在認真討論的話題。 第三層意思的“無”指的是“零”。現代物理學認為構成物質的最小單元是“基本粒子”，而基本粒子的大小應該為零。物理學正是在這裡遇到了障礙。物理學家正在努力，希望能夠創建一種新的物理學來突破這個障礙。“無”，已經是現代物理學必須搞清楚的一個關鍵概念。 “無”的意思是取走了一切物質的空間 這種“無”具有令人吃驚的性質 說到“無”，最容易想到的是前兩頁所提到的第一層意思，即那種“沒有任何物質的空間”。這裡所說的物質，是指通常由原子或分子 (也包括帶有電荷的原子或分子) 所構成的普通物質。 取走了原子或分子等物質的空間，也就是通常所說的“真空”。例如地表附近的空氣，1立方厘米的空間包含多達1000億億以上的分子，要把這些分子一點不剩地完全取走那是不可能的。甚至宇宙空間也存在著少量的原子。 總之，在現實世界簡直就找不到絕對的真空。不過，我們可以在頭腦中想像這樣的真空。譬如說，原子和原子之間的那部分狹窄空間，那裡大概應該是絕對真空。 不過我們不要忘記，這個世界不止有原子和分子，還存在著各種各樣的基本粒子，它們正在原子之間的空間飛來飛去。基本粒子是指不可能再繼續分割的最基本的粒子。譬如光的粒子“光子”，還有那非常輕的能夠輕邢易舉地穿過物質的幽炅般的“中微子”，它們都是基本粒子。 真正處於什麼都沒有的“無”的狀態的空間自然應該是連這些基本粒子也沒有的空間。一點不剩地完全取走這些基本粒子也是不可能的，但我們可以繼續想象，在基本粒子和基本粒子之間的那部分空間總應該是絕對真空。 我們姑且就把想象中的這種空間視為取走了一切物質的“無的空間”。這種的空間的是什麼都沒有的“空箱子”嗎？ 基本粒子實驗：由能量產生物質 在“加速器”上進行實驗來考察“無” 許多人都訴說過“加速器”，加速器是用來加速粒子的裝置。加速器還是基本粒子物理學實驗研究所使用的一種主要設備。也許有讀者覺得奇怪，討論“無”怎麼會突然談起加速器？ 原來，加速器是物理學家在探究“無”的本性時不可缺少的一種實驗設備。即使是外行，知道了在加速器崆進行實驗是怎麼一回事，也能夠對這種以捉摸的“無”有一定程度的了解。 在加速器上進行實驗，簡單說來，就是在加速器中加速粒子，使它們彼此發生碰撞。亙相碰撞的粒子，比如說，可以是“電子”和“正電子”。在加速器中將粒子加速到接近光速，使它們獲得巨大的能量。在加速器上進行實驗的目的就是要觀測這些高能粒子在彼此發生碰撞時所出現的現象