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物理學家是如何測量虛空的?

作者:佚名  人氣: 次  時間:2019年05月28日  星級:

yabo對于一些渴望窺探宇宙秘密的物理學家來說,測量構成虛空的微小波光譜是他們幾十年來努力奮斗的目標。盡管完成這項工作十分困難,蘇黎世聯邦理工學院的物理學家還是取得了令人驚嘆的成果。他們巧妙地利用激光脈沖詮釋了真空的量子本質,在人類探測虛空的道路上樹立了一個里程碑。

yabo我們的宇宙本質上是坎坷不平的,它就像一張等待繪制的新畫布,具有一種能夠露出現實的紋理。對此,我們無法接觸,只能探測。我們所認為的沒有物質和輻射的絕對虛空,其實是一個充斥著無限可能性的領域,也是粒子的發源地。換句話說,虛空并非真的空無一物,而是充斥著可能性。每個基本粒子都有一個分配的場,等待足夠的能量來決定其用于實現存在的關鍵屬性。

在這里,小編必須要說一下海森堡的“不確定性原理”,因為它揭示了粒子的奇怪本性——隨著一些可能性的增加,另一些則必須收縮,例如:當測量出一個粒子的精確位置時,它的動量就是無法確定的。在海森堡之后,厄爾·肯納德和赫爾曼·威爾也證明了粒子的這種與生俱來的本性。這種不確定性,不僅適用于粒子,也同樣適用于它們將被填充的空屬性。宇宙畫布之所以看上去沒有紋理,是因為在較長的時間粒度內,一個空間中的平均能量為零,而一旦我們專注于某一細微的時刻,就可能找到一些能量的痕跡~它們如同一潭死水中偶爾泛起的漣漪,微小而隨機地出現,而我們卻無法精確地測量。

蘇黎世聯邦理工學院量子電子研究所的物理學家解釋說,電磁場的真空漲落存在可見的后果,例如原子自發光現象,然而,傳統的光探測器是基于對光電子的吸收原理的,而我們無法從處于最低能量狀態的真空中獲取能量。因此,研究人員放棄使用探測器去直接測量虛空的能量,而是設計了一種新的方法來尋找光子極化過程中發生的小概率能量轉移特征。他們發射了兩個長度僅為萬億分之一秒的激光脈沖,令二者在不同的時間和位置穿過一個超低溫晶體,以此弄清晶體原子的間隙是如何影響光的。由于測得的信號非常小,研究人員需要做多達一萬億次的比較方能確認測量結果的有效性。幸運的是,最終的測量結果已能讓他們確定出基態電磁場的精細光譜。

無獨有偶,另一組物理學家正在嘗試限制虛空在室溫下的噪音,以改善引力波探測器LIGO的功能。那么,虛空的噪音又是什么呢?那是整個宇宙隨著量子漲落而發出的“聲音”。當這種背景噪音與用來測量時空微小扭曲的科學儀器發生相互作用時,我們就能夠測量它了。

當宇宙粒子與LIGO這樣的探測器相互作用時,會產生所謂的“量子輻射壓力”,如果可以測量出虛空的聲音,我們就能確定LIGO觀測結果中的量子輻射壓力,從而把背景噪音從測量結果中去掉,這樣,我們將能夠更加準確地搜尋黑洞了。

通常,需要在超低溫的環境下才能檢測出量子輻射壓力,但現在,路易斯安那州立大學的研究人員在室溫下檢測到了這種量子壓力。該項研究成果對于LIGO之類的科學設備具有重大意義,這意味著:當用LIGO監聽黑洞產生的信號時,我們能夠更好地消除其中的宇宙的背景噪音,這將有利于獲得更精確的結果。在多年努力之下,人類現在終于有能力去窺探那神秘的虛空了,這對于科學乃至人類的發展都具有非凡的意義,小編在此為那些孜孜不倦的科學家們喝彩!目前,這兩項研究成果均已發布在近期的《自然》雜志上。

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