2019年時,根據(jù)美國相關(guān)媒體的報道,于1977年發(fā)射的旅行者號壽命進入了倒計時階段,而它將在這段時間內(nèi)向人類提供更多有關(guān)星際空間的信息。
那么你知道,在長途旅行當(dāng)中,它發(fā)現(xiàn)了什么嗎?根據(jù)傳回來的數(shù)據(jù)信息顯示,旅行者號監(jiān)測到了更多的真空物質(zhì)。
而今天咱們就來說說真空物質(zhì)的有關(guān)問題,既然都已經(jīng)屬于真空了還會有物質(zhì)存在嗎?真空物質(zhì)對人類飛行器有什么影響?宇宙真的源于“真空漲落”嗎?
不止如此,按理來說,宇宙當(dāng)中的物質(zhì)分布應(yīng)該是均勻的,可是當(dāng)旅行者號飛了185億公里之后,卻發(fā)現(xiàn)真空物質(zhì)越來越多,這究竟是怎么了?
旅行者號作為率先沖出“太陽風(fēng)”影響范圍的探測器,看到了神秘而又廣袤的星際空間,身上肩負(fù)著人類探索星際空間的希望。所以,雖然它誕生在上個世紀(jì),且已經(jīng)運行了40多年,但是科學(xué)家依舊在費盡心思地“維修”它,與它保持聯(lián)絡(luò),希望能夠獲得更多寶貴的數(shù)據(jù)。
旅行者號其實是一對“雙胞胎”探測器,共有兩個,分別是旅行者一號和旅行者二號。
旅行者一號的主要探測目標(biāo)是土星、木星和相關(guān)衛(wèi)星,而旅行者號二號的主要目標(biāo)是木星、土星、天王星和海王星。
這兩個探測器本來在完成這些任務(wù)的時候就可以“退役”了,可由于利用了木星、土星、天王星等的相對位置,依靠“借力飛行”減少了能源使用,所以科學(xué)家就讓還能繼續(xù)飛的它們沿著不同的方向飛向了“太陽系”之外。
而在二者都脫離了太陽風(fēng)的影響之后,它們身上的相關(guān)設(shè)備也檢測到了不同尋常的東西。
據(jù)悉,隨著越加深入星際空間,旅行者號發(fā)現(xiàn)的真空物質(zhì)也越來越多,所以,這里究竟是怎么了?
首先咱們需要明確一點,就是“真空”的定義。在我們的常規(guī)認(rèn)知當(dāng)中,真空就是沒有物質(zhì)存在的狀況,那既然這樣,為什么還會說“真空物質(zhì)”越來越多呢?
實際上,咱們經(jīng)常說的真空指的是“已知物質(zhì)的真空”。所以真空其實并不是“空”的,其中其實充滿了人類探索之外的各種物質(zhì)和能量。
專家表示真空有物理特性,例如真空有不為零的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率,可以傳遞引力、電磁力、強作用力(核力)和弱作用力等,具有形成物質(zhì)傳媒介質(zhì)的功能。
可見,宇宙的真空環(huán)境并不像咱們傳統(tǒng)認(rèn)知的那樣,其實是充滿物質(zhì)的。而旅行者號在飛出太陽風(fēng)影響范圍之后,探測到了更加密集的真空物質(zhì),這就代表著星際空間的環(huán)境可能與地球上空附近的環(huán)境有著巨大的“差異”。
至于為什么會有這種差異出現(xiàn),目前科學(xué)家也無法給出肯定的結(jié)論,只能給出相關(guān)的猜測。
第一種猜測認(rèn)為,真空物質(zhì)越來越密集,應(yīng)該是受到了“磁場”的影響,因為磁場會將附近的物質(zhì)吸引來讓其扎堆兒。
第二種猜測則認(rèn)為是“星際風(fēng)”的吹拂效果。其實當(dāng)旅行者號在徹底脫離太陽風(fēng)控制之前,曾穿越過一道“火墻”,這道火墻正位于日冕層頂部。其實它就像是雞蛋殼一樣,是太陽風(fēng)和星際風(fēng)互相抗衡的“地界”。
因此,旅行者號正式邁入星際空間之后,它監(jiān)測到的物質(zhì)就都源于星際風(fēng)了,星際風(fēng)帶來的物質(zhì)密集度可能比太陽風(fēng)還要多,在這種情況下發(fā)現(xiàn)真空物質(zhì)增多就很正常了。
科學(xué)家認(rèn)為想要揭開真空物質(zhì)的富集問題的答案,還需要獲得更多的探測數(shù)據(jù),這只能寄希望于旅行者號在壽命將盡之前,能把更多數(shù)據(jù)傳送回來了。那么,為什么人們會關(guān)注真空物質(zhì)的變化?真空物質(zhì)多了不好嗎?
實際上,人們之所以對真空物質(zhì)顯得格外關(guān)注,是因為它的密集程度與航天飛行有著密切的關(guān)系。
根據(jù)目前的發(fā)展來看,未來的探測器、飛船都要在真空環(huán)境中運行,而大家現(xiàn)在知道了真空并不是真正意義上的“空”,所以真空物質(zhì)越多代表著它們與人類探測器或者飛船之間的摩擦就會更多。
在這種情況下,探測器或者飛船的工作性能以及壽命都會受到影響。因此,真空物質(zhì)越來越多的情況,其實對一直想要飛出太陽系的人類來說是非常不利的。
再者,其實在旅行者號發(fā)現(xiàn)真空物質(zhì)富集之前,科學(xué)家就在探索有關(guān)真空的問題了。
畢竟當(dāng)我們的火箭發(fā)射以及飛行器回歸的過程中,從真空到大氣層,總是會因為環(huán)境的改變導(dǎo)致其外殼變熱,甚至出現(xiàn)黑障現(xiàn)象。
想要解決這些問題,就必須探索出行星表面、星際空間的物質(zhì)密度分布以及演變的規(guī)律,就這樣,有關(guān)真空測量的研究便應(yīng)運而生了。
當(dāng)然,對于真空的研究,不僅有以上這些。曾有科學(xué)家認(rèn)為,宇宙可能就來自“真空”的漲落,這又是怎么回事呢?
通過上文的敘述大家理解了宇宙真空的真正含義,而當(dāng)我們深入探究真空之后,就會發(fā)現(xiàn)真空其實是物質(zhì)的“基本形態(tài)”。
換句話說,雖然真空當(dāng)中實粒子已經(jīng)消失了,但是它產(chǎn)生的量子場卻依舊存在。量子場本身就是一種物質(zhì),不過此時的它處于“基態(tài)”當(dāng)中,能量非常低。
1929年狄拉克提出真空不是經(jīng)典物理學(xué)中一無所有的虛空, 而是一個具有最低可能能量的空間區(qū)域 。根據(jù)量子場論的觀點, 真空實際上就是沒有實粒子存在時的零場。
有關(guān)真空是物質(zhì)基本形態(tài)的理論誕生之后,科學(xué)家開始疑惑,宇宙的真正起源會不會是“真空量子漲落”的結(jié)果。并且在上世紀(jì)時,《自然期刊》之上就刊登了相關(guān)的文章。
其作者克萊恩在論文中指出, 我們的浩瀚宇宙起源于看似一無所有的真空的量子漲落?!盁o中生有” 意味著宇宙來自“零”能量的虛空,這樣才不會破壞能量守恒定律。
值得一提的是,雖然克萊恩提出了這種創(chuàng)新的觀點。但是如果讓他從微觀角度解釋真空是如何通過“漲落”演變成如今這個宇宙的,他卻無法給出答案。
因此當(dāng)時學(xué)界對于這一理論嗤之以鼻,直到1997年時古斯才在《暴脹的宇宙:探索宇宙起源的新理論》的書中對其表示肯定,給了人們一種探索宇宙起源的全新視角。
假如根據(jù)這一理論來看,旅行者號發(fā)現(xiàn)的真空物質(zhì)變多的情況,或許可以成為一個重要的研究數(shù)據(jù)。