虚空与宇宙（上）- 空间与场
昨天发了小早写的一篇关于虚空的文章，文中也讨论了宇宙边界的问题，不巧其实这也是我最近一直在思索的问题。现代物理学和宇宙学对这些问题给出了不少答案，然而这些答案真能令人满意吗？
01
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空间是空的吗？
与虚空相比，人类对物质有更深刻的理解，原因很简单，因为物质是可以看得见，摸得着的东西，所以我们相信它们是真实的，是存在的。但空间呢，以及更为抽象的虚空呢？它们到底是什么？它们存在吗？
或许我们可以先采用牛顿的静态时空观，认为物质都是存在于一个恒定静止的三维空间之中，并随着一维有方向的时间在不断变化。而无论三维的空间，还是一维的时间，前后都可以无限延伸，没有起点终点，也没有边界。牛顿的时空概念虽然已被相对论时空所取代，但至少在宏观世界中和人的经验高度一致，所以我们无妨从这里入手。
首先一个让人疑惑的问题就是空间是不是真是空的。当然，空间中总会有一些物质存在，即使是宇宙中所谓的真空，也同样存在些许微粒，但如果能把那些微粒全部清除，真空真的是空的吗？
其中最大的难题就是引力如何通过真空传递。如果地球是在真正虚空中漂浮，那么来自太阳的引力又如何可以作用到地球之上？所以这个所谓的真空并非真的完全虚空。
关于引力如何在空间传递这个问题，通常解释是引力场，后来又描述成所谓空间弯曲。然而无论是引力场，还是空间弯曲，都意味着空间并不是完全虚空。因为它中间充满了引力场。如果说是空间弯曲，那更说明非空。因为空无一物的东西如何会表现出笔直或者弯曲这种非常具体的特性？
（外太空的宇宙，繁星之间的黑暗处是真空吗？）
02
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为何会产生空的错觉
如果空间中充满了引力场，并且这些场导致了空间的弯曲，那为什么人们会普遍产生空间是空的这个错觉。原因是人类是通过感觉器官来判断一个对象是否存在。
引力场不同于普通物质，我们看不见，摸不着，而只能通过它对物质的作用判断它的存在。这一点如同隐形人，隐形人我们看不见，但可以通过他留在地上的脚印发现他的行踪。
其实人的所有感觉都是场的作用。眼睛看到的光线是电磁波，属于电磁场传播的产物。所以我们看到某个物体，那不过是大脑对射入眼睛的光线进行逻辑推论的产物。而光线就是电磁波，电磁波则是电磁场交替变化的产物。
同理当我们用手触摸到某个物体时，那种触觉实际也是电场的作用。当一个原子靠近一个原子时，因为两个原子外侧电子产生的负电场的相互排斥阻止了两者继续靠近。当我们触摸到实体，手不能再往前伸时，大脑让我们产生前面有一个坚实物体的印象，而其实实体只是推理后的产物，真正发生的只是场的相互作用而已。
电磁场的作用让我们构造出一个现实存在的物理世界，但引力场却被感官所忽略。这个原因是在地球表面的引力场在人身体感受范围之内非常均匀地分布，在一个引力场是均匀分布的生存环境中，生命体无法进化出探测引力场的感受器官，但电磁场则变化迅速，所以人的所有感受器官最后都是依靠电磁场的变化而起作用。无论是视觉，听觉，触觉，味觉，还是嗅觉，也无论是化学的反应，还是物理反应，人类的所有感觉器官都是建立在电磁场的相互作用之上，发展起来的。
（人的许多认知是出于感觉的局限或者错觉）
03
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充满场的空间
现代物理学认为宇宙中存在四种作用力，分别是万有引力，电磁力，强作用力，和弱作用力。因为强作用力和弱作用力的作用范围都非常小，和电子尺寸差不多甚至更小，所以在这篇文章中我们先忽略它们。但万有引力和电磁力则不同，作用范围无限。
因为万有引力和电磁力的作用范围无限大，因此可以认为宇宙空间中无处不充满承载万有引力的引力场和承载电磁力的电磁场，所以这个宇宙不空。
另外因为所有的观察，无论是人类本身具有的感觉器官，还是现代化的观察仪器，其观测到的从最根本都是场的作用。最重要的是电磁场，其次是引力场，再次是另外两种力对应的场。从这个角度说，所有物质存在的知识都是建立在对场作用的观测基础上进行的推理。
这个推理有些是下意识的，比如我们用肉眼看外部的世界。其实我们眼睛接受的只是空间电磁场的变化，但大脑自动帮我们翻译成一个丰富多彩的外部世界。有些推理则是有意识的。比如早期天文学家观察行星的运行轨迹，推导出它们的质量，位置等参数。
这些推理让我们产生物质只存占据小部分空间，而大部分空间则是空旷无物的假象。而真实的情况是引力场和电磁场分布在宇宙空间的每一角落，不存在所谓的真空。
另一个假象是所有物体都有一个确定的尺寸，有明确的边界，并且不同物体之间是相互分离的。而真实情况是引力场和电磁场是连续分布的，并不存在任何分离。物体有边界的感觉是来源于电磁场和其他两种作用力的分布，是一种人为的近似。
所以我们可以得出结论，并不存在局限在一个特定空间的物质，存在的只是弥漫整个宇宙的各种场。比如说太阳，通常认为太阳只是一个存在于太阳系中心部位的一颗恒星，直径大约一百四十万公里，而实际上太阳的引力场遍达宇宙的每一个角落，我们认为这个星体只处于一个一百多万公里的狭小的空间不过是一种错觉，或者是一种方便说。进一步说，整个宇宙都是整合在一起的场，所以不存在真正独立的物质。
（整个宇宙都被各种“场”所充满）
04
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引力场和电磁场的差异
引力场和电磁场虽然都有无限远的作用距离，或者说同时弥漫到整个空间中，但这两种场的差异却使得它们在宇宙构成中扮演完全不同的角色。
首先电磁场的相对强度要比引力场大很多，强度差异高达38个数量级。38个数量级是个什么概念。我们比较一下，一个电子的直径和整个银河系的直径之间相差才大约33个数量级，而38个数量级要比33个数量级还高10万倍，也就相当一个电子的直径和十万倍银河系的直径之间的差距。
现在我们理解，为什么两块小小的磁体可以产生很强的吸引力，但两块差不多大小的物体之间的万有引力则几乎无法测到。
电磁场和引力场的另一个重要差别是电磁场分两极，比如电场有正负之分，磁场有南北极的差异。并且相对的电场和磁场可以抵消。而引力场则不分两极，所以可以无限叠加。这就是为什么巨大的物体，比如地球，可以保持电场上基本中性，地球两极只存在相对微弱的磁场，但却展现出巨大的万有引力。
正是因为引力场这种无限叠加的能力，才使得这个如此微弱的场在宇宙演化过程中扮演无以复加的重要角色。
（电磁场和引力场既有相似处，但又有巨大不同）
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