问题

希格斯玻色子被发现世界上还有真空么?

回答
希格斯玻色子的发现,并没有否定“真空”的存在,反而是让我们对“真空”有了更深刻、更复杂的理解。事实上,希格斯玻色子恰恰是现代物理学中一种非常重要的“真空”概念的核心组成部分。

为了讲清楚这个问题,我们得先抛开日常生活中那种“什么都没有”的、空空荡荡的“真空”概念,转而进入物理学语境下的“真空”。

物理学中的“真空”并非“空无一物”

在经典物理学中,真空确实被认为是一种没有任何物质、没有任何能量的绝对虚无。你可以想象一个完全抽空了所有空气、所有光线、所有粒子的空间。

然而,随着量子力学的发展,我们对真空的理解发生了根本性的转变。量子真空并非空无一物,它是一个充满活力的、动态的“场”。你可以把它想象成一个海洋,虽然表面上看起来平静无波,但在最微观的层面,它却在不断地涌动着能量和虚粒子对的产生与湮灭。

量子涨落: 根据量子力学的不确定性原理,在任何一个瞬间,我们都无法精确地知道一个粒子的位置和动量。这意味着即使在没有实体粒子的空间中,能量和粒子也会以一种“借用”和“归还”的方式短暂地出现。这些被称为“虚粒子对”,它们会瞬间产生,然后又迅速湮灭,仿佛“从无中生有,又瞬间归于虚无”。
量子场: 更进一步说,现代物理学认为,宇宙是由各种各样的基本量子场构成的。粒子,比如电子、光子,甚至我们熟知的原子中的构成粒子,都被看作是这些量子场中特定区域的“激发态”或“涟漪”。这些场遍布整个宇宙,即使没有我们能够直接探测到的粒子,这些场本身也以最低的能量状态存在着,这就是量子真空。

希格斯玻色子的角色:激活真空,赋予质量

那么,希格斯玻色子在这个“非空”的真空里扮演什么角色呢?

希格斯玻色子并非“填补了真空”,而是它本身就是一种“激发态”,这种激发态与一个叫做希格斯场的遍布宇宙的基本量子场密切相关。

希格斯场: 想象一下,整个宇宙都被一种无形的、遍布各处的“希格斯场”所浸染。这个场在最低能量状态下(也就是真空态)依然存在。
相互作用赋予质量: 当其他基本粒子(如电子、夸克)穿过这个希格斯场时,它们会与这个场发生相互作用。这种相互作用的强度,就决定了粒子的“质量”。相互作用越强,粒子就越“沉重”,获得的质量越大。而有些粒子,比如光子,与希格斯场几乎没有相互作用,因此它们是没有质量的。
希格斯玻色子是希格斯场的“涟漪”: 希格斯玻色子就是希格斯场在特定能量激发下产生的“粒子”形式,是希格斯场存在的直接证据。它的发现,就如同在寂静的海洋中发现了一朵浪花——这朵浪花并非“填补了海洋”,而是证明了海洋确实存在,并且海洋是有活力的。

所以,希格斯玻色子的发现,恰恰证明了希格斯场在宇宙真空中的存在。这个希格斯场是宇宙基本结构的一部分,它赋予了其他基本粒子质量,是构建我们所见世界的基石之一。

因此,与其说希格斯玻色子的发现否定了真空,不如说它揭示了真空的真实面貌:一个并非空无一物,而是充满基本场,并赋予物质质量的动态实体。 我们今天所理解的宇宙“真空”,是量子真空,是一个有结构的、有功能的真空,而希格斯场和希格斯玻色子正是这个复杂真空景象中至关重要的一环。

简单来说,希格斯玻色子没有让真空消失,反而用它自己的存在,向我们展示了一个极其深刻和活跃的“真空”概念。我们的宇宙,就是在这样一个充满量子场的“真空”中运作的。

网友意见

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就说一点吧:理论上讲可以通过改变边界条件改变真空的期望值,从而观测到场对物理世界的实际影响,这就是卡西米尔效应。不过该效应非常微弱....所以一直到上世纪90年代时人们才通过实验实际观测到卡西米尔效应。这大概就证实了“场”的真实存在性。

另外跟真空量子场论相关的其实还有一个被称为“昂鲁效应”的东西,不过该效应的原理我迄今为止还没搞懂,而且实验都没开始做。这里就不多说了。

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