真空：无限能量的源泉，本文主要内容关键词为：源泉论文,真空论文,能量论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一般所说的“真空”是指将一个体积内的所有实物分子排除后的空间.而我们认为空气分子漂浮在真空的海洋里，真空无处不在.空气分子与分子之间充满了真空.就像一瓶水，水里装有石子.没装入石子之前，整个瓶里都是水，装入石子之后，石子与石子之间的空间当然还是水.我们这儿所指的“真空”就是指这种无处不在的真空.我们现在对于真空的了解，就像五百年前人们对空气的了解一样——几乎一无所知.近代物理学家发现真空中不但不是一无所有，而且充满着主宰人类生存的能量.假如有一天，人类就像呼吸新鲜空气一样，可以随处随地随时提取神秘的真空能，生活又会变成什么样子呢？
什么是真空零点能？
但是究竟怎样定义真空呢？首先，没有实物粒子的空间中并非什么都没有，可以有场物质存在，即使是不透光的密闭容器中也有黑体辐射存在.另外，场物质和实物粒子之间是可以互相转换的，真空中可以存在瞬态粒子，因而要给出真空的精确定义是一件十分困难的事.诺贝尔奖得主李政道教授指出，真空是有结构的，是一种凝聚态.
关于卡西米尔（Casimir）效应的实验结果证明，真空中确实存在零点能.关于零点能的设想来自量子力学的一个著名概念——海森堡测不准原理.该原理指出：不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量.因此，当温度降到绝对零度（0K，-273℃）时粒子必定仍然在振动，否则，如果粒子完全停下来，那它的动量和位置就可以同时精确的测知，而这是违反测不准原理的.这种粒子在绝对零度时的振动（零点振动）所具有的能量就是零点能.有物理学家形象地把真空描述为起伏不定的能量之海，并指出：正是零点能推动粒子运动，而粒子的运动又产生零点能，从而形成能量自再生的宇宙反馈模式.
如何观测到零点能效应的产生？
有人认为零点能来自所有各种类型的力场，包括电磁场、引力场和核力场，并可以通过几种方式表现出来.一种方式是兰姆位移，即受激原子发出的光的频率的轻微改变；另一种形式是电子和光学仪器中可记录到的一类特殊的不可避免的电平噪声.
但是影响最大也最为明显的要算卡西米尔效应了.1948年，荷兰物理学家卡西米尔在理论上计算出两块靠得足够近的金属板之间将会有轻微的相互吸引.原因在于金属板之间的微小距离只允许真空能量中高频电磁成分存在，其他那些较大成分则被金属板挡在外面，因而内外存在着压力差，正是这样的力使得金属板相互靠拢.这也被称为静态卡西米尔效应.之后，许多物理学家对其进行了实验上的验证.华盛顿大学的拉莫奥克斯对卡西米尔效应进行了精确的测量.该测量结果与卡西米尔对这一特殊板间距及几何构形所预测的力相关不超过5％.拉莫奥克斯在他的实验中，采用镀金石英表面作为他的金属板.另外一块板固定在一个灵敏扭摆的端部.如果该板向着另外一块板移动，则摆就会发生扭转.一台激光器可以以0.01微米的精度测量扭摆的扭转.向一组压电元件施加的一股电流使卡西米尔板移动；而另一电子反馈系统则抵消这一移动，使扭摆保持静止.零点能效应就表现为保持摆的位置所需的电流量的变化.
零点能能解释能量异常现象吗？
1989年3月，弗莱什曼和庞斯用钯电极在常温下电解重水，观察到了异常的热量输出和少量的中子.这曾被称为“冷核聚变”，在世界上引起过轰动.后来，在辉光放电和各类轻水电解过程中也看到了类似的现象.那么，这些异常的能量是从哪里来的呢？
在自然界中各个层次尺度上都存在着涡旋现象：从基本粒子、原子结构、等离子体自收缩、超导、超流，到龙卷风、类星体、黑洞等等，而且与涡旋相关的现象都有着许多未知的物理过程.例如我们已经知道，在遥远的宇宙空间还有比太阳的能量大千万亿倍的类星体，有些类星体具有涡旋结构，在涡旋的中心出现高度定向的高能宇宙射线，它们一直在发光.如此巨大的能量从哪里来？是哪种能量发出的威力？
在理论上如何解释异常能量的输出，物理学家们所持的观点大相径庭.北京航空航天大学的江兴流教授借助挠场理论和涡旋机制提出了一种假设.挠场可以这样来理解：如果一个带电、有质量和自旋的物体看成是对物理真空的扰动，则与该物体的带电量和质量相对应，就要分别产生电磁场和引力场，而与物体的自旋相对应则产生挠场（或称为自旋场）.因此，可以把不同的场看成是物理真空在不同扰动下，不同极化方式的一种表现.对物理真空的涡旋扰动，有可能从真空中提取能量.
江兴流教授以电极的尖端效应为突破口，分析了电化学异常现象.由于电解过程中电极表面尖端效应产生的聚能过程，在电极表面局部产生气泡和涡旋运动，气泡的产生和坍塌过程将发生动态卡西米尔效应而提取零点能，并以热能的方式释放出来；同时涡旋运动与零点能形成挠场相干而提取零点能，导致了过热和核嬗变等异常现象.我们可以认为真空具有一系列特征频率，类似于X射线的特征谱线.当涡旋的频率达到其中的某一个频率的时候，就会吸收零点能；由于能量的输入，使涡旅的频率进一步升高，当频率升高到某一个值，会达到真空零点能的另一个特征频率，又会吸收零点能.这样，一方面有异常能量输出，另一方面形成了类似于类星体的涡旋结构.“冷核聚变”中的过热和核反应，就可以用提取零点能的过程来作出合理解释.
如何提取真空零点能？
许多年以前，人类已预感到能源危机迫近，现有能源对环境污染更是威胁到人类的生存.人类探索新能源的脚步一刻也没有停下来过，从原始的风力、水力、太阳能、化石燃料的利用，到电力、核能的利用.如果零点能可以提取，无疑将是人类所能够利用的最佳能源了.它不但廉价无污染，而且，可以说取之不尽用之不竭.
目前，尽管大多数物理学家认为不能从真空中提取能量，但另一些科学家却坚信，宇宙中有“免费的午餐”，他们的目标就是要向真空中索取能量.美国得克萨斯州奥斯汀高级研究所的普索夫甚至指出：21世纪可能是零点能的世纪.其实这种提法并无新意，早在1891年，物理学家尼古拉斯·泰斯拉就曾指出：几个世纪之后，也许我们就可以从宇宙中的任意一点提取能量来驱动我们的机械.
关于提取零点能的技术问题，芝加哥伊利诺斯大学电气工程教授麦克莱提出这样一种方法：如果一个空腔的形状与比萨饼相类似，那么空腔的两个宽面的压力由于卡西米尔效应的压力会使它们互相靠拢，但对窄面的压力会使它们互相分离.但是我们可以找到这样的一个不稳定平衡状态：内向和外向的真空压力相同.倘若这个盒子有一个盖子，也就是可以自由移动的一面，当盒子从平衡点向内略微有一个扰动，空腔内的真空压力将减少，盖子将进一步向内收缩；盒子从平衡点向外有一个微扰时，结果相反.如果盒盖上有一个类似于弹簧的装置，使得其回复力正好与盖子运动的方向相反，那么这样盖子就会往复运动，使得空腔成为一个由卡西米尔力驱动的微型振荡器.也就是动态的Casimir效应，可以从中放出光子，从而提取零点能.这种方法在理论上行得通，但要在技术上真正实现，却有较大的难度.
1997年，美国航空航天局主办了一个名为“突破性推进物理”学术研讨会，零点能成了这些探讨何种“突破”的人的中心话题，美国航空航天局甚至制订了详细的科研开发计划.2001年1月，第一届国际“场推进”会议在英国召开，研究“利用零点能推动宇宙飞船引擎”的可能性，一旦成功，人类将可在太空中自由来去，而且不需要耗费任何燃料，飞行数百年之久也没有问题.科学家乐观地相信，若假设正确，则5年内就可以制造出新型火箭与人造卫星，未来更有无尽的发展可能性.
通过对真空的研究，科学家进一步发现，真空中不仅蕴藏巨大的本底能量，而且构成实物的各种微观粒子就是源于真空电磁涨落，各种物理现象都与真空密切相关.基于此，科学界认为一切物理都是真空物理，并提出“真空工程”的新概念，也就是通过实验手段改变真空的某些性质，可以得到许多我们意料之外的新现象.