科普 | 空间是真的存在吗？我们之外，别无他物

在所有关于空间问题的科学探讨中，尚没有一个试探性的或者被物理学家所怀疑的理论，能够隐约逼近这样的问题：间隔或距离是客观上的存在，或者，只不过是我们的大脑不停地赋予我们所看到的世界以秩序的结果？要知道，我们只能看到波长在一定范围内的电磁波，也只能感觉到那些与我们的电场相遇的对象。仅凭这些知觉，我们就能感知好像没有东西或者存在空的空间。因此，可视化的空间是有机体心理逻辑的一部分。人类内置的心理软件系统将感知到的东西塑造成多维物体，从而让我们得以了解世界并完成所有重要的机体功能，比如寻找食物，或者寻找我们藏匿起来的电视遥控器。

当我们想到所有这些的时候，大多数人可能会把空间看作是一种巨大的没有任何屏障的仓库，可以容纳所有可见的实体，无数独立的对象似乎潜伏在这个巨大的、容量无限的仓库里。要想把这些对象看作独立的物品，我们就要把每个对象的图像印在脑海里，这样才能将之作为独立的实体，与周围的空间区分开来。

但这些间隔只不过是心理建构。当我们在观赏一条瀑布时，我们是把下落的水滴之间的空间看作是间隔，还是相反，把那些空间都看作是“瀑布这个对象”的一部分呢？水雾应该算瀑布的一部分，还是不算呢？那太阳呢？你会把太阳的内部当作瀑布的“外部空间”吗？我们中的大多数人会说：不会，因为整个太阳是一个单一的物质体。然而，太阳的气体和等离子体几乎完全是空的空间，组成太阳的每个原子更是如此。因而，我们对这个问题思考得越多，关于什么是或者什么不是空的空间的概念，就会变得越来越随心所欲。

还有更多问题。比如说，真实的虚无里当然不会有活力，也不会有动力。那么，单纯的虚空怎么可能会呈现出生机勃勃的动态呢？然而，半个多世纪以来，天体物理学家一直认为，宇宙广阔的虚空里充满了能量。我们会看到，如果沿着这个思路走下去，我们现在就越有可能把握住思维—自然混合体的无限原始动力。

我们已经看到，无论多么寒冷、完美的真空，还是会被星光、红外热辐射和热烘烘的大爆炸所遗留的微波穿透。它们在真空中传播，不需要任何介质。因为能量和质量是等价的，所以快速地在空间穿行而过的这些波意味着，不可能有真正的真空存在。

德国物理学家维尔纳·海森堡

但与真正的反虚无的报道相比，这只是技术上的吹毛求疵。德国物理学家维尔纳·海森堡发表于 1927 年的海森堡不确定性原理声称，不可能存在完美的真空。当时，这一原理得到了其他理论物理学家的支持。他们认为，空无一物的空间应该包含一种奇特的能量。当时，即使理论上说，每立方厘米空的空间应该包含的能量，比宇宙中每一个即将被制成原子弹的原子所包含的要大，但在当时，没有人能够找到任何能量的蛛丝马迹。

这很难一下子说清楚，不过，最终，海森堡的观点被证明是正确的。实验证据表明，像电子及其反物质正电子这样的“虚粒子”，无时无刻，无论在任何地方，都会噼噼啪啪地从虚无中突然冒出来。每个粒子通常只存在一万亿分之一的十亿分之一秒，然后就消失了。如果一个虚拟粒子可以从周围存在的能量场借用一些能量的话，它就可以永远存在。因此，看似空荡荡的宇宙实则挤满了生机勃勃的、倏忽而逝的粒子，它们就像在滚烫的烤盘上跳动的跳蚤。

物理学家现在认为，这个潜在的“真空能量”（vacuum energy）不仅仅是无处不在的，而且产生的力也是相当巨大的。对每一小块看似空无一物的空间的能量的估计，存在很大的差异性。很可能蛋黄酱罐内部那么大小的空间内所包含的能量，就足以立即烤干太平洋。事实上，科学家对于这种遍及宇宙空间的能量的理解仍然处于初级阶段。对于真空能量密度的理论估算值与迄今能得到的测量值之间相差100 个数量级，这种被称为“真空灾变”（vacuum catastrophe）的差异令人非常不安。

尽管真空究竟有多大仍是未知数，但对于其存在几乎没有人怀疑。为了证明这一点，我们先来看看卡西米尔效应[]是怎么一回事。这一效应是以荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔（Hendrik Casimir）的名字命名的。卡西米尔在1948 年做了一项奇怪的预测。他说，如果你将两片金属平板平行悬挂起来，让它们彼此非常靠近，那么你会限制这两块金属板之间的真空力（vacuum power），因为能量波需要一定的施展空间。这就是为什么在狭窄的海湾没有海浪的原因，也是当你凝视微波炉时，为什么你的眼睛不会被灼伤的原因。微波波长太大，不能穿过微波炉门上金属网格中的小洞。所以，两块金属板之间的狭窄空隙限制了虚拟粒子获得的波长。但两块金属板之外的量子能量没有变化，这促使两块板贴合在一起。

是的，这真的会发生。卡西米尔效应是真实存在的。当我们把两块金属板分开悬挂，距离是一个原子宽度的100 倍时，两块金属板并不会保持不动，相反，它们会不由自主地向对方移动，最后以每平方厘米1 千克的吸引力贴合在一起。距离移近两倍，吸引力会增加16 倍。空间里有某种东西产生了一股强大的力量。

一些梦想家希望利用真空能量给这个世界提供无限的免费能源，也就是“无中生有”的能源。但有一个问题。这种能量在各处均等地存在，所以我们感受不到它，也检测不到它。能量只从能量大的地方向能量小的地方流动，就像热量只流向热量少的地方一样。所以你应如何设置条件，才能让一个空间区域的能量比别的区域少呢？你怎么才能让这种能量流向你，从而控制它，让它创造出无限的免费能量呢？

我们能得到的最接近的条件是，当温度降低到绝对零度即摄氏零下273.15 度时，所有的分子运动都趋于停止。那时，也只有在那时，才能展现出这种无处不在的能量。因而，这种能量也被称为零点能量（zero-point energy）。

有证据表明，这种隐藏的能量在那时才展示出自身的特征。在绝对零度，氦无法仍然保持液态，会变成固态。在温度降到绝对零度的过程中，如果氦不能得到一点点防止其凝成固体的能量的话，就无法继续保持其原来的液体的状态，一定会凝成固态（无论有多冷，能量是唯一使物质不会冻结的因素）。所以，当所有其他能量都不在场时，零点能量显现出来。如果想让这无限的量子泡沫能量流向你，你必须创建出低于绝对零度的条件。这意味着你就要使原子移动的速度慢于“停止”。

让原子移动的速度比“停止”还慢？面对这个问题，再富于哲思的希腊人也会无能为力。如果解决了这个问题，宇宙的能量就都归你了。与此同时，我们必须搞清楚以下这点：充满宇宙空间的能量是如此之巨，与之相比，我们周围微弱的光波和电场似乎只不过是懦弱的觊觎者——这意味着，隐藏在意识和生命之后的“自我”本身, 这一构成所有万物这一存在的要件，这一被隔离在基体、前景、我们人类全部的经历之外的虚空，实际上是一个难以想象的强大实体。

宇宙的能量已经超出了预期的规模，潜力无限。我们在视觉上看不到、身体上也感觉不到的任何东西，意味着什么也不是。我们内置的感官系统是为了让我们感知日常生活中有用的东西。如果是去感知渗透到现实里每一个缝隙中的超能量，又有何用处呢？

所以，我们最好改变一下思考宇宙的方式，把可以看见的对象仅仅视作漂浮物，它们借助更为强大的潜在的真空能量显现出来。真空能量往往被忽视，只不过是因为我们在视觉上感知不到它。以这种不同的思维方式，我们能感知到一个基本的统一体、而不是被空间分隔开的单个实体吗？在任何情况下，我们的思维都限定在颜色、形状及功用的界限内，难道我们没有意识到，这阻碍了我们对事物的认知吗？所以，空间到底是真实存在，还是纯属我们的知觉呢？

让我们总结一下。首先我们要记住，不久前我们还认为，实体之间的空间仅仅是空无一物的间隔。但为什么不是这样的呢？我们来详谈其中的多种原因：

1. 空的空间永远不是空无一物的。当我们把场、光子、中微子、真空能量和瞬态粒子对等囊括进来的时候，尤其如此。

2. 对象之间的距离之改变取决于众多的相对性条件，所以在任何地方，在任何对象和任何其他对象之间，都不存在不可侵犯的距离。

3. 量子理论对于相距甚远的实体是否真正完全分离开的问题，提出了严重的质疑。

4. 对象之间的间隔通常被称为空间，这只是因为语言和惯例要求我们划出对象间的界限。

【本文节选自《超越生物中心主义》，罗伯特·兰扎，湖南科学技术出版社，有删减，如有侵权，请联系删除】