量子涨落让真空无比喧闹(图片来源:网络)
真空就意味着什么都没有吗?当然不是。人们对真空的认识,甚至真空本身的定义,在历史上都发生过变化。近代物理学认为,根本没有办法达到万籁俱寂般的真空。即使在最理想的真空里,各种粒子也在杂乱无章地反复出现、湮灭、再出现、在湮灭……没有力量能够让其停止,人们把它叫做“量子涨落”。
既然真空这么不消停,那一定很容易就能感受到它的喧闹吧?其实非常难。人们为了探测真空里的量子涨落,已经努力了一个世纪之久。尽管各种间接性的测量从未间断,可直接测量真空量子涨落,是刚刚才发生的事情。
德国康斯坦茨大学物理学家Alfred Leitenstorfer领导的科研团队,运用他们自己开发的激光测量技术,第一次直接观测到真空中的量子涨落。Leitenstorfer说:“(激光探测)这极高的精度让我们能够第一次看到,我们持续被电磁场真空涨落所包围着。”他们的实验结果刚刚出来,发表在《科学》杂志上。
但也有一些物理学家认为,他们的结果存在争议。比如耶鲁大学的Steve Lamoreaux指出,热涨落也许是他们观测结果的另一来源,不能够简单地将热涨落的干扰排除而只关注量子涨落。此外,加拿大滑铁卢大学的Christopher Wilson认为,他在2011年做的一次实验和这次德国的实验本质上区别不大,只是方法不同罢了。
事实上,人们在上个世纪没有实现对真空量子涨落的直接测量,是由于测量手段的限制。传统的测量方法,都是间接性地探测量子涨落带来的某些连带效果,而无法直接触及它的本身。比如很著名的Casimir效应,说的是两块金属板离得非常近时,处于它们中间的量子涨落被限制住了,而它们外边却没有受到限制。于是内外量子涨落出现差异,造成两块金属板被挤压。这好比把一个气球按到水里,外界的压强大,气球就被挤扁了。