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首页 > 车主 > 作者:YD1662023-12-27 22:11:08

勒克斯对经典电磁学和量子涨落的关系问题非常感兴趣。

这种短暂的现象存在却又像鬼魂一样虚无,但产生的包括电磁在内的影响的确可以被测量到。这是因为量子真空的短暂刺激是以具有相同或相异电荷的粒子和反粒子对出现的,例如,电子和正电子。真空中的电磁场会改变这些粒子和反粒子对,产生电反应,同时由于磁场的影响产生磁场反应。这种现象为我们计算而非仅仅测量真空中的电磁性能提供了一种方法,从而导出光速c。

早在2010年,德国普朗克光学研究所的物理学家歌德·勒克斯及其同事就做了这样一个实验。他们利用量子真空中的虚粒子计算出了电常数ε0。之后,法国巴黎第十一大学的物理学家迈克·厄班及其同事受此启发,根据量子真空中的电磁特性计算出了光速c。2013年,他们宣布利用他们的方法得出的数值准确无误。

这个结果令人满意,但并不那么明确。首先,厄班及其同事不得不做一些没有根据的假设。这需要做全面的分析以及实验,证明光速c确实可以从量子真空中获得。然而,勒克斯告诉我说,他仍然对经典电磁学和量子涨落的关系十分感兴趣,并因此一直在做一个完整量子场论指导下的精密分析。同时,厄班及其同事建议设计新的实验,测试两者之间的关系。因此,光速c最终会有一个更加基本的理论为根据,这个期望是合理的。然而, 问题就会迎刃而解吗?

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毫无疑问,光速c只是几个基本常数或普适常数之一。人们认为这些常数适用于整个宇宙,而且恒定不变。比如,万有引力常数G,用以描述整个宇宙的引力强度;在微观尺度上,普朗克常数h确定量子效应的大小;电子电荷e 是电的基本单位。

常数的数值非常精确,例如,h的测量值就精确到了小数点后34位。但这些数字又提出了很多悬而未决的问题:它们真的恒定不变吗?什么情况下它们是“基本”常数?它们为什么会有值?它们会告诉我们什么样的物理事实?

“常数”是否真的恒定不变是一个古老的哲学争议。亚里士多德认为,地球的构成与其他天体不同;哥白尼坚信,我们所在的地球无异于任何其他地方;当今科学遵从现代哥白尼学说,假设物理学定律适用于时空中的任何地方。但假设就是假设,它需要验证(特别是G 和c 这样的常数),以确保我们没有误解遥远的宇宙。

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诺贝尔奖获得者保罗·狄拉克提出G可能随着时间而变化。1937年,对宇宙哲学的思考令他认为G每年减少10-10。这对吗?也许不对。对天体的重力观测没有发现G的下降,而且迄今也没有迹象表明G在空间中会发生变化,它的测量值准确地描绘了太阳系行星的轨迹和航天器的运行轨道。除此之外,还有遥远的宇宙发生的其他事情。射电天文学家最近证实,G能准确描述3750光年外脉冲星(超新星快速旋转的残留物)的发展状况。同样,也没有任何可信的证据证明c在时间或空间中是变化的。

因此,我们假设这些常数真的恒定不变。那它们是基本常数吗?与其他常数比,它们更“基本”吗?这里的“基本”指什么?解答这个问题的一个办法,就是找到谁是得出其他常数的最小常量集。在这里,有用的选择只有h、c和G,共同代表了相对论和量子理论。

只有无量纲常数才是真正“基本”的数,因为它们独立于任何的测量体系。

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1899年,量子物理学的奠基人马克斯·普朗克检验了h、c、G和物理现实三个维度之间的关系问题,每个被检验的物理量都用数值和维度共同描述。从这些关系中,普朗克导出了他的自然单位,得出普朗克单位下h、c和G的不同组合,我们能够更深入地了解量子重力和早期的宇宙。

有些常数没有维度量,通常被称作无量纲常数。它们都是单纯的数,比如,质子质量与电子质量的比值——1836.2。伦敦帝国理工学院的物理学家迈克尔·黛夫认为,只有无量纲常数才是真正基本的常数,因为它们独立于任何测量体系;量纲常数则“只是人们的构想,它的数和值会因为单位的不同而不同”。

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