2009-10-22 10:24
這篇文章是我為平常道寫的第二篇長篇，為響應(yīng)青道長對于道通于科學(xué)的講述，按照自己對尖端科學(xué)之近道部分的理解，總結(jié)出的一點(diǎn)體會和心得，上次說“虛”與“實(shí)”，這次談“有”和“無”，希望能夠?qū)髞淼牡烙延兴鶐椭?br>
摘要：
我們的極化物質(zhì)世界中的真空并不空，科學(xué)證明真空中有一種浩海一般的存在，分秒都有極其微小的正反物質(zhì)粒子在其表面相互圍繞旋轉(zhuǎn)，宛如一個(gè)個(gè)小小太極圖，無所不在、充塞天地。 如果有強(qiáng)能量的作用，這些小的太極會被撕裂成分離的陰陽，其中的陽就是我們這個(gè)世界的物質(zhì)。這片浩海在空間上無窮巨大，宇宙產(chǎn)生于其中，并且也會終結(jié)于其中，能夠化成萬物，也能將萬物湮滅于其中。
無的狀態(tài) 重新認(rèn)識虛空
設(shè)想我們從地球的表面出發(fā)去太空遨游，隨著我們飛行海拔的逐步提高，離開地面越遠(yuǎn)，空氣越稀薄，到了大氣層的邊緣時(shí)，我們周圍空間中的空氣分子就非常稀少了，往外就要到真空的空間了。離開地球以后，雖然沒有了空氣分子，可是周邊還有微量的太陽系物質(zhì)存在，比如太陽風(fēng)吹來的微觀粒子、行星周邊的微薄碎屑原子等，這些外層空間很空，但還沒到嚴(yán)格的真空的環(huán)境。如果我們一直往太空的深處飛去，就有可能飛到這樣的空處，星系之間的廣大虛無空間，這里幾乎沒有任何的物質(zhì)，周圍真的是空無一物，無限接近于我們的真空概念。可是如果我們真的用精密儀器檢測一下，真的就會什么都沒有嗎？這種“空” 就是絕對的空嗎？
現(xiàn)在物理和宇宙科學(xué)研究表明，宇宙是由一場大爆炸經(jīng)過無法想象的急速暴漲后產(chǎn)生的（過程詳見《標(biāo)準(zhǔn)劇情說明書》）。宇宙既然“從一點(diǎn)爆炸不斷膨脹”，那么宇宙就是有邊界有體積的，那么，我們以極快的速度和無限的時(shí)間不停的往宇宙的邊界進(jìn)發(fā)，能否來到宇宙的邊界呢？如果可行的話，我們能否從宇宙的邊界伸出頭來往外看看？外邊是否也是空的呢，如果是空的，那么宇宙內(nèi)部的真空和外界的空一定有所不同，否則二者何來邊界區(qū)分，如果外邊的空才是真的空，那我們宇宙的真空是怎樣一種存在呢？老子云，有無相生。如果我們能弄懂“無”，那么一切“有”的狀態(tài)也就會迎刃而解吧。
我們談到真空，都會感性的認(rèn)為真空就是什么物質(zhì)都沒有純粹“空”的一處空間。誠然，自從科學(xué)界破除了以太論以后，物理學(xué)家們也都認(rèn)為真空的狀態(tài)就應(yīng)如上述所言，這就是一個(gè)極其基本的物理概念?？墒钱?dāng)人類認(rèn)識自然的腳步踏入微觀量子領(lǐng)域之后，連真空這個(gè)最最基本的概念都被徹底改變了，領(lǐng)導(dǎo)這場觀念革命的，是近代幾位偉大的量子物理學(xué)家，狄拉克、海森堡和玻姆等人。狄拉克在英國期間任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授（牛頓曾任此職務(wù)，現(xiàn)任為霍金)，提出了狄拉克方程，開創(chuàng)了真空極化、磁單極和反物質(zhì)理論；海森堡提出了了測不準(zhǔn)原理，開創(chuàng)了原子核理論、宇宙線和基本粒子理論以及核反應(yīng)堆的研究；玻姆則是個(gè)哥本哈根學(xué)派眼中的大反派，他對以玻爾為首的量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋提出了挑戰(zhàn)，是反主流解釋的主將。
之所以請他們出來，是因?yàn)槲覀兦懊嫣岢龅膯栴}也是是這些偉大的物理學(xué)先哲們苦苦思索研究的問題，正是由于他們在這些問題上的較真兒，才有了我們今天對客觀世界的科學(xué)認(rèn)識和深刻理解。
虛空不空，陰陽生克平衡于中
我們都知道，宏觀世界的物體都是由原子組成的，而原子又由原子核和圍繞在前者周圍高速旋轉(zhuǎn)的電子組成。原子核由中子和質(zhì)子組成，它們同電子光子中微子這些東東都是這個(gè)世界最基本的微觀粒子。在這個(gè)尺度上，這些微粒的位置、動量等基本信息都是像薄霧一樣以概率形式表現(xiàn)出來的，不具有宏觀物質(zhì)的那種確定性（詳見《月亮、貓與混沌》）。當(dāng)時(shí)已知的理論都是在經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)上建立的，對于描述這些全新領(lǐng)域中的微觀粒子的運(yùn)動毫無辦法。為了能夠解釋微觀量子態(tài)的粒子行為，這些物理學(xué)大牛們嘗試著建立新的理論體系，從根本上指導(dǎo)我們對這個(gè)宇宙的認(rèn)識。
狄拉克原來從事相對論動力學(xué)的研究，自從1925年海森伯訪問劍橋大學(xué)以后，狄拉克深受影響，把精力轉(zhuǎn)向量子力學(xué)的研究。三年后他把相對論引進(jìn)了量子力學(xué)，建立了相對論形式的薛定諤方程，也就是著名的狄拉克方程。這個(gè)方程有兩種解：一種解的電子總能量是正的，另一種解的電子總能量是負(fù)的，而且正能態(tài)和負(fù)能態(tài)的分布是完全對稱的。
這里要說一下電子旋轉(zhuǎn)的原理，我們都知道電子圍繞著原子核高速旋轉(zhuǎn)（嚴(yán)格的講其實(shí)是概率分布），其運(yùn)動的軌道都是遵循一定能級的，能級越低，電子旋轉(zhuǎn)的軌道就更靠近原子核，能級高則更加遠(yuǎn)離。如果給電子一定能量激發(fā)，就能讓電子從較低的能級軌道像更高的能級軌道躍遷，反之能級軌道下落的時(shí)候能放出能量（光子或其他射線），這就是現(xiàn)代電燈的原理。
正能態(tài)的電子比較容易理解，從最低到最高的一切運(yùn)行軌道都是正的，可是負(fù)的就比較難以理解了，比最低的軌道還低，電子總不能掉到原子核里面去了吧。我們可以把它們想象為一個(gè)無窮深不可見的井，里邊兒有N多能級軌道，其最高的能級開口就在現(xiàn)實(shí)中正能態(tài)的最低軌道上。這些負(fù)能級就像另一個(gè)維度里的能級，看不見摸不著，但的電子能夠被這些隱藏的軌道所容納。
因?yàn)橛胸?fù)能態(tài)的軌道，所以正能態(tài)上的電子會自發(fā)跌落到負(fù)能態(tài)中去。這就意味著，一切處在正能態(tài)的電子都將是不穩(wěn)定的，這顯然與事實(shí)不符，誰也沒見過最低軌道上的電子轉(zhuǎn)著轉(zhuǎn)著突然掉到一個(gè)看不見的深井里去了，實(shí)際上正能態(tài)軌道上的電子總是運(yùn)行的好好的。為了解決這一理論BUG，狄拉克經(jīng)過反復(fù)思考，終于在1930年提出了一種新的真空假說。他認(rèn)為，真空并不是經(jīng)典物理學(xué)的虛空，真空中所有的正能態(tài)盡管都空著，但所有負(fù)能態(tài)卻都被電子所填滿，由于不相容原理，處于正能態(tài)的電子就不可能躍遷到負(fù)能態(tài)，這樣負(fù)能態(tài)難題就被迎刃而解了。也就是說，不是正能態(tài)上的電子不想往下掉，關(guān)鍵每個(gè)負(fù)能級上僅有的倆位置都被別的電子占了座了，所以只好繼續(xù)在正能態(tài)上混了。就算是真空，這些看不見的座位也是時(shí)刻滿員的，這樣才能容納我們看得見的電子，否則進(jìn)來一個(gè)電子就得掉到這些負(fù)能態(tài)陷阱里，我們就沒法觀測了。
所以，這些看不見的負(fù)能態(tài)已經(jīng)不是單純數(shù)學(xué)意義上的解，也不是一處不占地方的空井，而是一大片充斥整個(gè)宇宙的擠滿電子的海洋。很顯然，這里的真空是處處都充滿著密度為無窮大的負(fù)能態(tài)電子的空間，它被稱為“狄拉克真空”。
陰陽相生 反物質(zhì)嶄露頭角
可是如果虛空中有無窮多的電子，真空就會帶上無窮量的負(fù)電荷，可現(xiàn)實(shí)中真空明顯是電中性的。于是正電子也被提出來，質(zhì)量相同但帶正電荷。在負(fù)能態(tài)的軌道上，正負(fù)電子成對運(yùn)轉(zhuǎn)，電中性得以維持。狄拉克真空或電子真空的確立，不僅在于它第一次從理論上預(yù)言了第一種反粒子——正電子的存在，標(biāo)志著人類進(jìn)行反物質(zhì)研究的開始，而且更重要的是它第一次提出了真空模型，為我們初步揭開了真空的面紗。
簡單比喻一下這個(gè)理論的內(nèi)容就是，軌道能級既有正值也有負(fù)值，我們觀察者坐船漂浮在海面上觀察水面，如果海面上空無一物，我就說這里是真空；如果海面上有島、有冰山，我們就認(rèn)為這里是有物質(zhì)實(shí)體的；卻不知海面以下也有其深度（負(fù)能級軌道），其深也不知有幾萬里。我們平時(shí)只能看到海面以上的高度，了解到海面上有幾米高的一點(diǎn)兒浮冰（現(xiàn)實(shí)的正能級軌道上運(yùn)行的電子），不知道海面以下還有無窮巨大的冰山（無窮多的填滿負(fù)能級的電子）。我們平時(shí)所了解到的“真空”，就是海平面上恰好沒有任何物體露出來（沒有任何物質(zhì)存在），可是真的什么也沒有嗎？只要有上托的力量，冰山就會從平靜的海面浮現(xiàn)；同樣，在虛無的真空中，用能量激發(fā)，負(fù)能級上的電子就會被“踢入”現(xiàn)實(shí)中來，無中生有了！無中能生有，有無相生，如是的真空其實(shí)是不空的。
可是虛空的屬性是守中的，帶負(fù)電的電子被從負(fù)能態(tài)上踢到現(xiàn)實(shí)中來，原先的軌道上必然會留下一個(gè)帶正電的電子。陰分離出去后，陽就會同時(shí)顯露出來。狄拉克由此做出的存在正電子的預(yù)言認(rèn)為，正電子是電子的一個(gè)鏡像，它們具有嚴(yán)格相同的質(zhì)量，但是電荷符號相反。由此還能推斷出存在著一個(gè)電子和一個(gè)正電子互相湮滅放出光子的過程，這個(gè)過程的逆過程，就是一個(gè)光子湮滅產(chǎn)生出一個(gè)電子和一個(gè)正電子的過程也是可能存在的。1932年，美國物理學(xué)家安德森（1923-）在研究宇宙射線簇射中高能電子徑跡的時(shí)候，奇怪地發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場中有一半電子向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，另一半向相反方向偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過仔細(xì)辨認(rèn)，這就是狄拉克預(yù)言的正電子。后來很快又發(fā)現(xiàn)了γ射線產(chǎn)生電子對，正、負(fù)電子碰撞“湮滅”成光子等現(xiàn)象，全面印證了狄拉克預(yù)言的正確性。
隨著狄拉克的假設(shè)在實(shí)驗(yàn)證據(jù)中高歌猛進(jìn)，人們逐漸認(rèn)識到真空原來是一個(gè)充滿負(fù)能態(tài)的電子海（亦稱“狄拉克?！保?，后期的實(shí)驗(yàn)更是進(jìn)一步說明了真空的結(jié)構(gòu)其實(shí)更加復(fù)雜，實(shí)際上是一片不停波動的能量之海。當(dāng)能量達(dá)到波峰，能量轉(zhuǎn)化為一對對正反基本粒子，當(dāng)能量達(dá)到波谷，一對對正反基本粒子又相互湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。這種成對自旋系統(tǒng)中兩個(gè)對應(yīng)粒子是相互嵌入的，其自旋是反向的，因此整個(gè)系統(tǒng)不僅是電中性的，而且自旋和磁矩都獲得補(bǔ)償。就像無數(shù)微型的太極圖，陰陽相生相克，生生滅滅，不停的旋轉(zhuǎn)，在總體宏觀上卻一直保持了平衡和守中。我們現(xiàn)實(shí)宇宙中的真空雖然看起來空無一物，實(shí)際上正是這些微小的起伏、漲落、旋轉(zhuǎn)、生滅的陰陽所構(gòu)成的平衡狀態(tài)。我們的虛空的真實(shí)狀態(tài)是，沖陰陽二氣以為和。
真空極化，陰陽即分萬物乃生
進(jìn)一步去認(rèn)識真空，我們需要海森堡測不準(zhǔn)原理來引出問題。
測不準(zhǔn)原理也叫不確定原理，是海森堡在1927年首先提出的，它反映了微觀粒子運(yùn)動的基本規(guī)律，是物理學(xué)中又一條重要原理。起初，海森堡的認(rèn)識到也許只能觀察到一系列電子的不確定的位置，而不是電子的準(zhǔn)確軌道。因此，在量子力學(xué)中，一個(gè)電子只能以一定的不確定性處于某一位置，同時(shí)也只能以一定的不確定性具有某一速度?？梢园堰@些不確定性限制在最小的范圍內(nèi)，但不能等于零。
也就是說，對觀察對象測量的過程必然包含了對對象本身的一定相互作用，比如撞擊、磁場效應(yīng)等，這些相互作用本身就會干擾對象的運(yùn)動狀態(tài)。一個(gè)測量器件只能小到這種程度：它可以小到同一個(gè)亞原子粒子一樣小，但卻不能小于亞原子粒子。它所使用的能量可以小到等于一個(gè)能量子，但再小就不行了。例如，如果你想要說出某個(gè)電子的位置，那么，為了 “看到”這個(gè)電子，你就得讓一個(gè)光量子（更可能是一個(gè)γ射線光子）從它上面彈回來。這樣一來，那個(gè)光子就會使電子的位置發(fā)生變化。海森堡成功地證明了，我們不可能設(shè)想出任何一種辦法，把任何一種物體的位置和動量兩者同時(shí)精確地測量下來。你把位置測定得越準(zhǔn)確，你所能測得的動量就越不準(zhǔn)確，你測得的動量越準(zhǔn)確，你所能測定的位置就越不準(zhǔn)確。他還計(jì)算出這兩種性質(zhì)的不準(zhǔn)確度（即“測不準(zhǔn)度”）應(yīng)該是多大，這就是他的“測不準(zhǔn)原理”。
海森堡的測不準(zhǔn)原理得到了玻爾的支持，但玻爾的觀點(diǎn)是測不準(zhǔn)關(guān)系的基礎(chǔ)在于波粒二象性，他說：“這才是問題的核心。”玻爾更著重于從哲學(xué)上考慮問題。1927年玻爾作了《量子公設(shè)和原子理論的新進(jìn)展》的演講，提出著名的互補(bǔ)原理進(jìn)一步詮釋了測不準(zhǔn)原理。如今這個(gè)原理已經(jīng)成為微觀尺度上一個(gè)找不到反例的著名準(zhǔn)則。
免費(fèi)午餐 陰陽沖和零點(diǎn)能
可是還真有人較真兒，提出如果溫度降到絕對零度，這樣粒子就會完全靜止下來，其位置和動量不就可以同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)獲得了嘛?？墒鞘聦?shí)還是站在:海森堡測不準(zhǔn)原理一邊，當(dāng)溫度降到絕對零度時(shí)粒子仍然在振動；而這種粒子在絕對零度時(shí)的振動（零點(diǎn)振動）所具有的能量就是零點(diǎn)能。
從狄拉克之海的角度看，真空能量以粒子的形態(tài)出現(xiàn)，并不斷以微小的規(guī)模形成和消失。就如海面波瀾的起起伏伏，零點(diǎn)能就是這一點(diǎn)破浪起伏的能量，或稱空間能、自由能等。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，也就是存在著相互制約平衡的力。有一個(gè)叫卡西米爾的荷蘭物理學(xué)家就想，要是弄倆金屬板，讓它們在真空中相互靠的足夠近，以至于能夠把波長較長的粒子擋在板子外，不就會造成倆板子中間與外邊產(chǎn)生壓力差嘛，這樣一來能夠證實(shí)真空中存在無數(shù)不同粒子漲落的理論，二來還能設(shè)法從中汲取能源（聽起來真是典型的永動機(jī)設(shè)想）。于是他設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，之后就取得了圓滿的成功。雖然這點(diǎn)兒能量只能使金屬片產(chǎn)生一點(diǎn)兒無法感覺到的熱量，但實(shí)際上，宇宙間的所有能量大到星系運(yùn)轉(zhuǎn)，小到電子運(yùn)動無不是由它轉(zhuǎn)化而成，即使是整個(gè)宇宙的誕生，也是這片浩海上的一片浪花而已?，F(xiàn)在很多科學(xué)家都想找到從這個(gè)零點(diǎn)能中汲取能量的方法，就像我們利用大海的潮汐能發(fā)電一樣，如果真能提取出這些微小的陰陽漲落之力，我們?nèi)祟惥蛯@得即不限位置也無法窮盡的理想能源了。
無中生有 宇宙萬有的來歷
人類能否很快找到汲取這種能源的事兒我們暫且不談，就上述事實(shí)給我們揭示的真空的本質(zhì)也足以讓人們感到震撼了。虛空中其實(shí)并不平靜，每時(shí)每刻都有無窮無盡的正反物質(zhì)在微觀尺度上成對出現(xiàn)，然后又相互湮滅轉(zhuǎn)瞬即逝。這個(gè)過程雖然極端微小和短暫，但它們在世間上是連續(xù)的、毫不停歇的，而且不論在宇宙中的任何一個(gè)角落，這一幕都在悄無聲息的不停上演。由此，我們進(jìn)一步也能夠推測從“無”的狀態(tài)推測出“有”來。如果有足夠強(qiáng)大的電場力，吸引這些轉(zhuǎn)瞬即逝的正負(fù)粒子對分別離開對方向電極運(yùn)動，維持足夠長的時(shí)間，這樣正反物質(zhì)就分別生成了。
再以海洋形象比喻一下就是，我們宇宙的真空中，雖然就像海面上空無一物，但也免不了會有微小的波瀾起伏。在這些起起伏伏的波浪中，它們的平均高度總是能保持在海平面的水平上，在無數(shù)次盈與虧、陰與陽的你來我往中達(dá)成平均值的維持在零上，這就是我們所謂的真空狀態(tài)，動態(tài)中的平衡。倘若此時(shí)有大風(fēng)吹來，掀起巨浪滔天（高出海平面以上為物質(zhì)粒子），蕩出深壑無底（低于海平面為反物質(zhì)粒子），那么我們說真空被極化了，陰陽被分開，從虛空中分別脫胎出來，但這些正反物質(zhì)仍不能相遇，否則仍化為無；若有龍卷風(fēng)從海面吸取海水至云層之上（外來足夠強(qiáng)大的能量），這些海水就脫離了海面，此時(shí)真空就有物質(zhì)真的生成了。此時(shí)，“無”中就真正生了“有”。
虛 空 不 空，
陰 陽 守 中，
勘 破 實(shí) 相，
希 夷 無 窮。
破碎虛空 黑洞蒸發(fā)的驗(yàn)證
量子真空不僅是宇宙中物質(zhì)的源泉，而且還是物質(zhì)的淵藪。如我們所知，黑洞是宇宙中引力最強(qiáng)大的物體，它們產(chǎn)生的強(qiáng)大引力甚至能夠把光線拉住，附近的任何物體都逃不出被拉入奇點(diǎn)的命運(yùn)。S.霍金著名的黑洞理論顯示，在黑洞的“事件范圍”內(nèi)，真空中合成的粒子偶中的一個(gè)粒子就會逃進(jìn)周圍空間，而它的“同胎反粒子”則被吸進(jìn)黑洞，在那兒它衰變回真空零點(diǎn)場。也可以說，黑洞以極其強(qiáng)大的引力撕裂了陰陽，真空中一個(gè)個(gè)微小的旋轉(zhuǎn)太極碎裂開來，一極落入黑洞湮滅，一極逃出生天，但由于黑洞傾向于吞噬掉更多的陰（反粒子），自身會由于陰陽中和損失掉同樣數(shù)量的陽（物質(zhì)粒子），同時(shí)虛空中跑掉了同樣數(shù)量的被撕裂的陽（物質(zhì)粒子），宏觀上也就形成了“黑洞蒸發(fā)”（黑洞雖然吞噬一切，但依然隨時(shí)都在損失自己的質(zhì)量）的現(xiàn)象。
摘要：
我們的極化物質(zhì)世界中的真空并不空，科學(xué)證明真空中有一種浩海一般的存在，分秒都有極其微小的正反物質(zhì)粒子在其表面相互圍繞旋轉(zhuǎn)，宛如一個(gè)個(gè)小小太極圖，無所不在、充塞天地。 如果有強(qiáng)能量的作用，這些小的太極會被撕裂成分離的陰陽，其中的陽就是我們這個(gè)世界的物質(zhì)。這片浩海在空間上無窮巨大，宇宙產(chǎn)生于其中，并且也會終結(jié)于其中，能夠化成萬物，也能將萬物湮滅于其中。
無的狀態(tài) 重新認(rèn)識虛空
設(shè)想我們從地球的表面出發(fā)去太空遨游，隨著我們飛行海拔的逐步提高，離開地面越遠(yuǎn)，空氣越稀薄，到了大氣層的邊緣時(shí)，我們周圍空間中的空氣分子就非常稀少了，往外就要到真空的空間了。離開地球以后，雖然沒有了空氣分子，可是周邊還有微量的太陽系物質(zhì)存在，比如太陽風(fēng)吹來的微觀粒子、行星周邊的微薄碎屑原子等，這些外層空間很空，但還沒到嚴(yán)格的真空的環(huán)境。如果我們一直往太空的深處飛去，就有可能飛到這樣的空處，星系之間的廣大虛無空間，這里幾乎沒有任何的物質(zhì)，周圍真的是空無一物，無限接近于我們的真空概念。可是如果我們真的用精密儀器檢測一下，真的就會什么都沒有嗎？這種“空” 就是絕對的空嗎？
現(xiàn)在物理和宇宙科學(xué)研究表明，宇宙是由一場大爆炸經(jīng)過無法想象的急速暴漲后產(chǎn)生的（過程詳見《標(biāo)準(zhǔn)劇情說明書》）。宇宙既然“從一點(diǎn)爆炸不斷膨脹”，那么宇宙就是有邊界有體積的，那么，我們以極快的速度和無限的時(shí)間不停的往宇宙的邊界進(jìn)發(fā)，能否來到宇宙的邊界呢？如果可行的話，我們能否從宇宙的邊界伸出頭來往外看看？外邊是否也是空的呢，如果是空的，那么宇宙內(nèi)部的真空和外界的空一定有所不同，否則二者何來邊界區(qū)分，如果外邊的空才是真的空，那我們宇宙的真空是怎樣一種存在呢？老子云，有無相生。如果我們能弄懂“無”，那么一切“有”的狀態(tài)也就會迎刃而解吧。
我們談到真空，都會感性的認(rèn)為真空就是什么物質(zhì)都沒有純粹“空”的一處空間。誠然，自從科學(xué)界破除了以太論以后，物理學(xué)家們也都認(rèn)為真空的狀態(tài)就應(yīng)如上述所言，這就是一個(gè)極其基本的物理概念?？墒钱?dāng)人類認(rèn)識自然的腳步踏入微觀量子領(lǐng)域之后，連真空這個(gè)最最基本的概念都被徹底改變了，領(lǐng)導(dǎo)這場觀念革命的，是近代幾位偉大的量子物理學(xué)家，狄拉克、海森堡和玻姆等人。狄拉克在英國期間任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授（牛頓曾任此職務(wù)，現(xiàn)任為霍金)，提出了狄拉克方程，開創(chuàng)了真空極化、磁單極和反物質(zhì)理論；海森堡提出了了測不準(zhǔn)原理，開創(chuàng)了原子核理論、宇宙線和基本粒子理論以及核反應(yīng)堆的研究；玻姆則是個(gè)哥本哈根學(xué)派眼中的大反派，他對以玻爾為首的量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋提出了挑戰(zhàn)，是反主流解釋的主將。
之所以請他們出來，是因?yàn)槲覀兦懊嫣岢龅膯栴}也是是這些偉大的物理學(xué)先哲們苦苦思索研究的問題，正是由于他們在這些問題上的較真兒，才有了我們今天對客觀世界的科學(xué)認(rèn)識和深刻理解。
虛空不空，陰陽生克平衡于中
我們都知道，宏觀世界的物體都是由原子組成的，而原子又由原子核和圍繞在前者周圍高速旋轉(zhuǎn)的電子組成。原子核由中子和質(zhì)子組成，它們同電子光子中微子這些東東都是這個(gè)世界最基本的微觀粒子。在這個(gè)尺度上，這些微粒的位置、動量等基本信息都是像薄霧一樣以概率形式表現(xiàn)出來的，不具有宏觀物質(zhì)的那種確定性（詳見《月亮、貓與混沌》）。當(dāng)時(shí)已知的理論都是在經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)上建立的，對于描述這些全新領(lǐng)域中的微觀粒子的運(yùn)動毫無辦法。為了能夠解釋微觀量子態(tài)的粒子行為，這些物理學(xué)大牛們嘗試著建立新的理論體系，從根本上指導(dǎo)我們對這個(gè)宇宙的認(rèn)識。
狄拉克原來從事相對論動力學(xué)的研究，自從1925年海森伯訪問劍橋大學(xué)以后，狄拉克深受影響，把精力轉(zhuǎn)向量子力學(xué)的研究。三年后他把相對論引進(jìn)了量子力學(xué)，建立了相對論形式的薛定諤方程，也就是著名的狄拉克方程。這個(gè)方程有兩種解：一種解的電子總能量是正的，另一種解的電子總能量是負(fù)的，而且正能態(tài)和負(fù)能態(tài)的分布是完全對稱的。
這里要說一下電子旋轉(zhuǎn)的原理，我們都知道電子圍繞著原子核高速旋轉(zhuǎn)（嚴(yán)格的講其實(shí)是概率分布），其運(yùn)動的軌道都是遵循一定能級的，能級越低，電子旋轉(zhuǎn)的軌道就更靠近原子核，能級高則更加遠(yuǎn)離。如果給電子一定能量激發(fā)，就能讓電子從較低的能級軌道像更高的能級軌道躍遷，反之能級軌道下落的時(shí)候能放出能量（光子或其他射線），這就是現(xiàn)代電燈的原理。
正能態(tài)的電子比較容易理解，從最低到最高的一切運(yùn)行軌道都是正的，可是負(fù)的就比較難以理解了，比最低的軌道還低，電子總不能掉到原子核里面去了吧。我們可以把它們想象為一個(gè)無窮深不可見的井，里邊兒有N多能級軌道，其最高的能級開口就在現(xiàn)實(shí)中正能態(tài)的最低軌道上。這些負(fù)能級就像另一個(gè)維度里的能級，看不見摸不著，但的電子能夠被這些隱藏的軌道所容納。
因?yàn)橛胸?fù)能態(tài)的軌道，所以正能態(tài)上的電子會自發(fā)跌落到負(fù)能態(tài)中去。這就意味著，一切處在正能態(tài)的電子都將是不穩(wěn)定的，這顯然與事實(shí)不符，誰也沒見過最低軌道上的電子轉(zhuǎn)著轉(zhuǎn)著突然掉到一個(gè)看不見的深井里去了，實(shí)際上正能態(tài)軌道上的電子總是運(yùn)行的好好的。為了解決這一理論BUG，狄拉克經(jīng)過反復(fù)思考，終于在1930年提出了一種新的真空假說。他認(rèn)為，真空并不是經(jīng)典物理學(xué)的虛空，真空中所有的正能態(tài)盡管都空著，但所有負(fù)能態(tài)卻都被電子所填滿，由于不相容原理，處于正能態(tài)的電子就不可能躍遷到負(fù)能態(tài)，這樣負(fù)能態(tài)難題就被迎刃而解了。也就是說，不是正能態(tài)上的電子不想往下掉，關(guān)鍵每個(gè)負(fù)能級上僅有的倆位置都被別的電子占了座了，所以只好繼續(xù)在正能態(tài)上混了。就算是真空，這些看不見的座位也是時(shí)刻滿員的，這樣才能容納我們看得見的電子，否則進(jìn)來一個(gè)電子就得掉到這些負(fù)能態(tài)陷阱里，我們就沒法觀測了。
所以，這些看不見的負(fù)能態(tài)已經(jīng)不是單純數(shù)學(xué)意義上的解，也不是一處不占地方的空井，而是一大片充斥整個(gè)宇宙的擠滿電子的海洋。很顯然，這里的真空是處處都充滿著密度為無窮大的負(fù)能態(tài)電子的空間，它被稱為“狄拉克真空”。
陰陽相生 反物質(zhì)嶄露頭角
可是如果虛空中有無窮多的電子，真空就會帶上無窮量的負(fù)電荷，可現(xiàn)實(shí)中真空明顯是電中性的。于是正電子也被提出來，質(zhì)量相同但帶正電荷。在負(fù)能態(tài)的軌道上，正負(fù)電子成對運(yùn)轉(zhuǎn)，電中性得以維持。狄拉克真空或電子真空的確立，不僅在于它第一次從理論上預(yù)言了第一種反粒子——正電子的存在，標(biāo)志著人類進(jìn)行反物質(zhì)研究的開始，而且更重要的是它第一次提出了真空模型，為我們初步揭開了真空的面紗。
簡單比喻一下這個(gè)理論的內(nèi)容就是，軌道能級既有正值也有負(fù)值，我們觀察者坐船漂浮在海面上觀察水面，如果海面上空無一物，我就說這里是真空；如果海面上有島、有冰山，我們就認(rèn)為這里是有物質(zhì)實(shí)體的；卻不知海面以下也有其深度（負(fù)能級軌道），其深也不知有幾萬里。我們平時(shí)只能看到海面以上的高度，了解到海面上有幾米高的一點(diǎn)兒浮冰（現(xiàn)實(shí)的正能級軌道上運(yùn)行的電子），不知道海面以下還有無窮巨大的冰山（無窮多的填滿負(fù)能級的電子）。我們平時(shí)所了解到的“真空”，就是海平面上恰好沒有任何物體露出來（沒有任何物質(zhì)存在），可是真的什么也沒有嗎？只要有上托的力量，冰山就會從平靜的海面浮現(xiàn)；同樣，在虛無的真空中，用能量激發(fā)，負(fù)能級上的電子就會被“踢入”現(xiàn)實(shí)中來，無中生有了！無中能生有，有無相生，如是的真空其實(shí)是不空的。
可是虛空的屬性是守中的，帶負(fù)電的電子被從負(fù)能態(tài)上踢到現(xiàn)實(shí)中來，原先的軌道上必然會留下一個(gè)帶正電的電子。陰分離出去后，陽就會同時(shí)顯露出來。狄拉克由此做出的存在正電子的預(yù)言認(rèn)為，正電子是電子的一個(gè)鏡像，它們具有嚴(yán)格相同的質(zhì)量，但是電荷符號相反。由此還能推斷出存在著一個(gè)電子和一個(gè)正電子互相湮滅放出光子的過程，這個(gè)過程的逆過程，就是一個(gè)光子湮滅產(chǎn)生出一個(gè)電子和一個(gè)正電子的過程也是可能存在的。1932年，美國物理學(xué)家安德森（1923-）在研究宇宙射線簇射中高能電子徑跡的時(shí)候，奇怪地發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場中有一半電子向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，另一半向相反方向偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過仔細(xì)辨認(rèn)，這就是狄拉克預(yù)言的正電子。后來很快又發(fā)現(xiàn)了γ射線產(chǎn)生電子對，正、負(fù)電子碰撞“湮滅”成光子等現(xiàn)象，全面印證了狄拉克預(yù)言的正確性。
隨著狄拉克的假設(shè)在實(shí)驗(yàn)證據(jù)中高歌猛進(jìn)，人們逐漸認(rèn)識到真空原來是一個(gè)充滿負(fù)能態(tài)的電子海（亦稱“狄拉克?！保?，后期的實(shí)驗(yàn)更是進(jìn)一步說明了真空的結(jié)構(gòu)其實(shí)更加復(fù)雜，實(shí)際上是一片不停波動的能量之海。當(dāng)能量達(dá)到波峰，能量轉(zhuǎn)化為一對對正反基本粒子，當(dāng)能量達(dá)到波谷，一對對正反基本粒子又相互湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。這種成對自旋系統(tǒng)中兩個(gè)對應(yīng)粒子是相互嵌入的，其自旋是反向的，因此整個(gè)系統(tǒng)不僅是電中性的，而且自旋和磁矩都獲得補(bǔ)償。就像無數(shù)微型的太極圖，陰陽相生相克，生生滅滅，不停的旋轉(zhuǎn)，在總體宏觀上卻一直保持了平衡和守中。我們現(xiàn)實(shí)宇宙中的真空雖然看起來空無一物，實(shí)際上正是這些微小的起伏、漲落、旋轉(zhuǎn)、生滅的陰陽所構(gòu)成的平衡狀態(tài)。我們的虛空的真實(shí)狀態(tài)是，沖陰陽二氣以為和。
真空極化，陰陽即分萬物乃生
進(jìn)一步去認(rèn)識真空，我們需要海森堡測不準(zhǔn)原理來引出問題。
測不準(zhǔn)原理也叫不確定原理，是海森堡在1927年首先提出的，它反映了微觀粒子運(yùn)動的基本規(guī)律，是物理學(xué)中又一條重要原理。起初，海森堡的認(rèn)識到也許只能觀察到一系列電子的不確定的位置，而不是電子的準(zhǔn)確軌道。因此，在量子力學(xué)中，一個(gè)電子只能以一定的不確定性處于某一位置，同時(shí)也只能以一定的不確定性具有某一速度?？梢园堰@些不確定性限制在最小的范圍內(nèi)，但不能等于零。
也就是說，對觀察對象測量的過程必然包含了對對象本身的一定相互作用，比如撞擊、磁場效應(yīng)等，這些相互作用本身就會干擾對象的運(yùn)動狀態(tài)。一個(gè)測量器件只能小到這種程度：它可以小到同一個(gè)亞原子粒子一樣小，但卻不能小于亞原子粒子。它所使用的能量可以小到等于一個(gè)能量子，但再小就不行了。例如，如果你想要說出某個(gè)電子的位置，那么，為了 “看到”這個(gè)電子，你就得讓一個(gè)光量子（更可能是一個(gè)γ射線光子）從它上面彈回來。這樣一來，那個(gè)光子就會使電子的位置發(fā)生變化。海森堡成功地證明了，我們不可能設(shè)想出任何一種辦法，把任何一種物體的位置和動量兩者同時(shí)精確地測量下來。你把位置測定得越準(zhǔn)確，你所能測得的動量就越不準(zhǔn)確，你測得的動量越準(zhǔn)確，你所能測定的位置就越不準(zhǔn)確。他還計(jì)算出這兩種性質(zhì)的不準(zhǔn)確度（即“測不準(zhǔn)度”）應(yīng)該是多大，這就是他的“測不準(zhǔn)原理”。
海森堡的測不準(zhǔn)原理得到了玻爾的支持，但玻爾的觀點(diǎn)是測不準(zhǔn)關(guān)系的基礎(chǔ)在于波粒二象性，他說：“這才是問題的核心。”玻爾更著重于從哲學(xué)上考慮問題。1927年玻爾作了《量子公設(shè)和原子理論的新進(jìn)展》的演講，提出著名的互補(bǔ)原理進(jìn)一步詮釋了測不準(zhǔn)原理。如今這個(gè)原理已經(jīng)成為微觀尺度上一個(gè)找不到反例的著名準(zhǔn)則。
免費(fèi)午餐 陰陽沖和零點(diǎn)能
可是還真有人較真兒，提出如果溫度降到絕對零度，這樣粒子就會完全靜止下來，其位置和動量不就可以同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)獲得了嘛?？墒鞘聦?shí)還是站在:海森堡測不準(zhǔn)原理一邊，當(dāng)溫度降到絕對零度時(shí)粒子仍然在振動；而這種粒子在絕對零度時(shí)的振動（零點(diǎn)振動）所具有的能量就是零點(diǎn)能。
從狄拉克之海的角度看，真空能量以粒子的形態(tài)出現(xiàn)，并不斷以微小的規(guī)模形成和消失。就如海面波瀾的起起伏伏，零點(diǎn)能就是這一點(diǎn)破浪起伏的能量，或稱空間能、自由能等。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，也就是存在著相互制約平衡的力。有一個(gè)叫卡西米爾的荷蘭物理學(xué)家就想，要是弄倆金屬板，讓它們在真空中相互靠的足夠近，以至于能夠把波長較長的粒子擋在板子外，不就會造成倆板子中間與外邊產(chǎn)生壓力差嘛，這樣一來能夠證實(shí)真空中存在無數(shù)不同粒子漲落的理論，二來還能設(shè)法從中汲取能源（聽起來真是典型的永動機(jī)設(shè)想）。于是他設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，之后就取得了圓滿的成功。雖然這點(diǎn)兒能量只能使金屬片產(chǎn)生一點(diǎn)兒無法感覺到的熱量，但實(shí)際上，宇宙間的所有能量大到星系運(yùn)轉(zhuǎn)，小到電子運(yùn)動無不是由它轉(zhuǎn)化而成，即使是整個(gè)宇宙的誕生，也是這片浩海上的一片浪花而已?，F(xiàn)在很多科學(xué)家都想找到從這個(gè)零點(diǎn)能中汲取能量的方法，就像我們利用大海的潮汐能發(fā)電一樣，如果真能提取出這些微小的陰陽漲落之力，我們?nèi)祟惥蛯@得即不限位置也無法窮盡的理想能源了。
無中生有 宇宙萬有的來歷
人類能否很快找到汲取這種能源的事兒我們暫且不談，就上述事實(shí)給我們揭示的真空的本質(zhì)也足以讓人們感到震撼了。虛空中其實(shí)并不平靜，每時(shí)每刻都有無窮無盡的正反物質(zhì)在微觀尺度上成對出現(xiàn)，然后又相互湮滅轉(zhuǎn)瞬即逝。這個(gè)過程雖然極端微小和短暫，但它們在世間上是連續(xù)的、毫不停歇的，而且不論在宇宙中的任何一個(gè)角落，這一幕都在悄無聲息的不停上演。由此，我們進(jìn)一步也能夠推測從“無”的狀態(tài)推測出“有”來。如果有足夠強(qiáng)大的電場力，吸引這些轉(zhuǎn)瞬即逝的正負(fù)粒子對分別離開對方向電極運(yùn)動，維持足夠長的時(shí)間，這樣正反物質(zhì)就分別生成了。
再以海洋形象比喻一下就是，我們宇宙的真空中，雖然就像海面上空無一物，但也免不了會有微小的波瀾起伏。在這些起起伏伏的波浪中，它們的平均高度總是能保持在海平面的水平上，在無數(shù)次盈與虧、陰與陽的你來我往中達(dá)成平均值的維持在零上，這就是我們所謂的真空狀態(tài)，動態(tài)中的平衡。倘若此時(shí)有大風(fēng)吹來，掀起巨浪滔天（高出海平面以上為物質(zhì)粒子），蕩出深壑無底（低于海平面為反物質(zhì)粒子），那么我們說真空被極化了，陰陽被分開，從虛空中分別脫胎出來，但這些正反物質(zhì)仍不能相遇，否則仍化為無；若有龍卷風(fēng)從海面吸取海水至云層之上（外來足夠強(qiáng)大的能量），這些海水就脫離了海面，此時(shí)真空就有物質(zhì)真的生成了。此時(shí)，“無”中就真正生了“有”。
虛 空 不 空，
陰 陽 守 中，
勘 破 實(shí) 相，
希 夷 無 窮。
破碎虛空 黑洞蒸發(fā)的驗(yàn)證
量子真空不僅是宇宙中物質(zhì)的源泉，而且還是物質(zhì)的淵藪。如我們所知，黑洞是宇宙中引力最強(qiáng)大的物體，它們產(chǎn)生的強(qiáng)大引力甚至能夠把光線拉住，附近的任何物體都逃不出被拉入奇點(diǎn)的命運(yùn)。S.霍金著名的黑洞理論顯示，在黑洞的“事件范圍”內(nèi)，真空中合成的粒子偶中的一個(gè)粒子就會逃進(jìn)周圍空間，而它的“同胎反粒子”則被吸進(jìn)黑洞，在那兒它衰變回真空零點(diǎn)場。也可以說，黑洞以極其強(qiáng)大的引力撕裂了陰陽，真空中一個(gè)個(gè)微小的旋轉(zhuǎn)太極碎裂開來，一極落入黑洞湮滅，一極逃出生天，但由于黑洞傾向于吞噬掉更多的陰（反粒子），自身會由于陰陽中和損失掉同樣數(shù)量的陽（物質(zhì)粒子），同時(shí)虛空中跑掉了同樣數(shù)量的被撕裂的陽（物質(zhì)粒子），宏觀上也就形成了“黑洞蒸發(fā)”（黑洞雖然吞噬一切，但依然隨時(shí)都在損失自己的質(zhì)量）的現(xiàn)象。
