大约200年前,有一个叫布朗的科学家,他把细小的花粉散入水中。借助于显微镜,布朗意外地发现,花粉竟然像是被赋予了生命,自行游动了起来。为什么会这样呢?难道花粉是生物,其遇水而复活了?
当然不是!花粉之所以在水中具有无规运动,是因为花粉的半径远小于水分子之间的距离,从而受到了水分子的不对称碰撞。由此说明,表面上连续的水,是由不连续的水分子构成的。由此可以得出的结论是,连续性只是物体在宏观尺度的假象,自然界的本质是不连续的,其是由离散的粒子构成的。
在二十世界初,有两个重要的发现,进一步地印证了上述结论。
首先是普朗克为避免连续的能量产生紫外灾变,他在黑体辐射公式中添加了一个量纲为粒子角动量的物理常数h。由于能量是关于粒子运动能力的度量,只要存在着不可再分的最小粒子,就可以使能量存在着最小单元,从而使能量具有不连续性。于是,普朗克常数h之所以能够使能量不连续,是因为该常数定义了最小粒子,即量子。
第二个重要的发现是卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔。在该实验中,只有极小比例的粒子被原子反射了回来。这说明物质不实,原子的体积仅只是由电子的运动所形成的封闭体系。于是,表面上实体的物质,只是更深层次的粒子运动。
由此说明,我们的宇宙是由无数个量子构成的封闭系统。基态的量子构成宇宙的物理背景,即量子空间;受到激发的量子成为光子,属于能量的范畴;由高能量子的运动所形成的封闭体系就是各种基本粒子,属于物质的范畴。
因此,自然界的本质,就是离散的粒子与粒子的封闭体系之间的相互影响、相互作用和相互转换。例如,空气是由气体分子构成的。当我们说话时,声带的振动,会使气体分子获得能量。于是,该能量借助于气体分子之间的碰撞而在空气中传播。当我们耳边的气体分子获得了能量,并与我们的耳朵相互作用时,我们就听到了对方的话语。其本质是对方声带的能量借助于气体分子的传递,影响到了我们的耳朵。
因此,空气作为声音传播的介质是必不可少的。对此,会有人提出异议。因为,作为物理背景的空间并不只空气,可以有水和量子空间。而且,量子空间是宇宙的本底物理背景,宇宙中的所有物体都会受到该空间的影响与束缚。难道量子空间不能传递能量吗?
答案是肯定的 。只要我们扰动量子空间,使之获得能量,该空间就会遵循熵增原则,向外扩散能量。例如,超新星的爆发或天体之间的碰撞,由此产生的能量就会使量子空间产生涟漪,这就是引力波。此外,电磁场的交互变化可以产生电磁波,高能电子在原子中与空间量子的碰撞可以产生光子即光电效应。它们的本质都是对量子空间的扰动,使该空间获得了能量并对外传播。
那么,为什么我们在日常的生活中所产生的振动,不能引起量子空间的涟漪,向外传递能量呢?通俗地说,为什么在太空中,无法传递声音呢?这是因为空间量子太小了,我们很难将能量有效地传递给量子。这就好比我们扔一粒小米,无论使多大的劲都不会扔得很远。
实际上,我们声带的振动所产生的能量是可以部分地传递给量子空间的。只是每个量子所获得的能量极为有限,以至于我们察觉不到量子空间因此而产生的涟漪。因为,我们人眼对光的感受是有域值的,只有达到了一定的强度和频率,才能够引起眼细胞的反应。
其实,我们不用说话,我们人体具有较高的温度,会对外辐射热能,使量子空间围绕着我们人体形成热的梯度分布。其本质就是人体的粒子振动使空间量子获得了能量。夜视镜就能够看到人体的热辐射。这就是产生万有引力的原因。只是,这种效应太弱了,只有遇到大物质时,才会产生显著的影响。这就是为什么,地球具有重力的原因。
总之,由于存在着作为物理背景的空间,借助于空间粒子的碰撞可以传递能量。这就是声音和光传播的物理原理。在真空中,之所以无法听到声音,是因为常规振动对空间量子的影响较小,以及我们人眼感受的灵敏度不高的缘故。如果,借用敏感的仪器,如引力波的探测器,就能够探测到量子空间微弱的涟漪。