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分子原子总是在一刻不停地运动,运动的能量到底哪里来的?

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其实,能量守恒定律早就给了我们答案,能量是固有的,原本就存在,能量不生不灭,只能在不同的形式间来回转换。



不仅仅是能量,物质,质量和空间也都是固有的,原本就存在。宇宙里不会凭空出现任何物质,所有的物质只是以不同的形式存在并相互转换罢了。

说到底,宇宙中的能量到底是怎么来的?



如果刨根问底的话,就需要从宇宙诞生之初说起,目前主流的理论就是宇宙大爆炸理论,138亿年前的宇宙大爆炸创造了我们的宇宙,大爆炸其实也就是超级能量的爆发,如今我们的宇宙中的所有能量都是在那一瞬间产生的。

宇宙刚诞生之初,只有纯能量,之后,这些纯能量经过漫长时间演化,成了如今我们看到的丰富多彩的世界。

不过对于很多人来讲,宇宙大爆炸太抽象了,很难想象出大爆炸瞬间到底发生了什么。最大的问题是,宇宙大爆炸瞬间的奇点为什么会突然急剧膨胀,科学家们并不能解释清楚,因为我们已知的大自然法则在奇点面前好像都不管用了。



不过,无论如何宇宙大爆炸理论本质上也是一种假说,并不意味着正确。所以,确实也有不少科学家并不认同宇宙大爆炸理论,他们提出了很多其他宇宙起源理论。

有科学家认为,宇宙并非是“无中生有”诞生的,因为在一开始宇宙中就存在某种东西,各种场交织在一起,比如说电子场,中子场,中微子场,希格斯场等。这就是宇宙的最初形态,就像我国古代所说的“混沌”状态一样。

在没有任何扰动的情况下,所有的场都处于基态,也就是最稳定的状态,任何事物都倾向于向稳定的方向发展,场也不例外。基态的场也拥有能量,是最低的能量形态。



这或许就是我们所说的真空状态,这样的真空并不是绝对的“空无一物”,而是充满了各种场。

而处于基态的场总是会因为某种扰动从基态变为激发态。为什么会出现扰动?根据量子力学不确定性,无形的虚粒子对会随机通过赊借能量的方式衍生出来,然后瞬间湮灭归还能量,只要这个过程足够迅速,花费的时间足够短,就会一直上演。

虚粒子对的衍生湮灭也被称为“量子涨落”或“量子起伏”,这种量子起伏其实就是场从基态变为激发态的直接体现。



通俗理解,场的激发态就是场的某种波动,而波动就会带来能量,进而产生各种基本粒子,比如说电子,中微子,夸克等。所以某种程度上讲,任何微观粒子都不是“粒子”,而是“能量”,通俗来讲就是波动形成的某种“波包”,也就是“能量包”!

刚才说了,基态是最稳定的形态,场总是会倾向于向基态发展,所以受到扰动而成为激发态的场,也会很快重新回到基态,最终一切又会归于平静。



但量子力学还表明,时间和能量存在不确定性关系,在足够短的时间里,量子可能有一个非常大的涨落。而且只要时间足够短,能量就可以无限大。

于是,在某个瞬间,时间极短的瞬间,出现一个极大的量子涨落,也可以理解为处于基态的场受到了极大的扰动,也因此诞生了无限的能量。



理论上,极大的量子涨落出现的概率是非常低的,但只要时间足够长,总是会出现的。而我们的宇宙就是极大的量子涨落之后产生的,所有的能量都是在那一瞬间诞生的。

但这里有一个问题,刚才说了,衍生出来的虚粒子对会瞬间湮灭,那么极大的量子涨落也应该会最终湮灭。



这里还需要用到量子力学的不确定性原理,衍生出来的正反虚粒子对通常情况下确实会发生湮灭,但也会出现这样的情况,正反虚粒子对的某个粒子没有找到自己的“同伴”,从而不会发生湮灭,能量也就保留了下来。

量子力学总是这样,总是会违背我们的日常生活认识,也正因为如此,量子力学诞生了一百多年,至今也没有谁能完全弄明白量子力学的底层逻辑。但可以肯定的是,量子力学中的诡异现象的确存在。



说了这么多宇宙起源的问题,好像和分子原子的不停运动没有关系,但其实关系很大,我们弄清楚了宇宙起源之初的能量,分子原子运动的能量问题也就迎刃而解了。

宇宙中的能量是不生不灭的,而微观世界的运动是能量的具体体现。宇宙中的最低温是绝对零度,那是理论上的最低值,是所有微观粒子都停止运动,完全静止的温度,实际上是不可能达到这个温度的,为什么?



因为微观粒子的位置和速度同样具有不确定性,两者的不确定性乘积必须不小于一个常数,这意味着微观粒子的速度不能为零,必须一刻不停地运动。

总之,世界的本质就是能量,微观粒子也不例外,它们也都是能量。如果追根溯源,能量其实就是基态的场受到激发之后产生的波动,而场总会在基态与激发态之间不断变换。

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