中國引領真空研究,強大激光器有望撕裂真空
真空是物理學裡面的一個概念,最開始反映的是空無一物的狀態,類似「無」。而空間只是數學上的一個概念,是反映的是運動的屬性和幾何大小的概念。也就是說,空間和真空一個是數學概念一個是物理概念,二者沒有絲毫的包含關係。
人類關於真空的認識經歷了幾次根本的變革和反覆。古希臘德謨克利特的原子論認為所有的物質都是由原子組成,原子之外就是虛空。17世紀笛卡兒提出以太漩渦說,認為空間充滿了以太,並用以說明行星的運動。 不久,牛頓建立以運動三定律和萬有引力定律為基石的牛頓力學,引力被認為是超距作用的,從而否定了以太論。19世紀發現光的波動性,以太論再度興起。19世紀末20世紀初,各種試圖探測地球相對於以太運動速度的實驗均告失敗,愛因斯坦建立狹義相對論,再次否定了以太的存在。愛因斯坦在用場論觀點研究引力現象時,已經認識到空無一物的真空觀念是有問題的,他提出真空是引力場的某種特殊狀態。
近代關於真空的認識不再是哲學上的思辨,而是可通過實驗來檢驗的。例如氫原子能級的蘭姆移位和電子的反常磁矩;高能正負電子對撞湮沒為高能光子,反之高能光子可使真空激發出大量的粒子。
目前對於真空的認識尚屬初級探索階段,物理學家還在探索真空自發破缺和真空相變等問題。而如今,中國科學家在這一領域又有重大舉措,相信將引領科學界對真空的探索。
近期,境外報道中國科學家今年準備在上海建造一座100拍瓦的激光器超強激光站。他們的目標是使用功率足夠大的激光器,並在真空中激發出電子。《科學》周刊報道說,在100萬分之一秒內發射1焦,那就是100萬瓦,即1兆瓦。所有超級激光器都以一種或另一種方式在短時間內發射大量能量,放大它,並使能量束彎曲,這樣所有能量都在甚至更短的時間內到達目標。到2023年,激光器超強激光站可以用100拍瓦的能量擊中僅3微米開外的目標,並激發大量粒子。換句話說,這樣的能量足夠撕裂真空。
文章認為中國激光器強大的能量束將把成對的粒子拉開,即電子和正電子。但是建造功率強大的激光器在技術上很難,造價也很昂貴,是個挑戰。但是中國國力正在增強,相信有人力物力做到這一點。據報道,中國正採用分步走的策略,上海超強超短激光實驗裝置是初級階段功率還較小的激光器,一旦實現突破,未來功率的大幅提高將不是什麼困難的事。
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※物質和精神的關係問題,量子科學家有自己的認識
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