“无”的真空及其应用

来源 :飞碟探索 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cecil666666
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  在1998年,天文学家发现宇宙在加速膨胀。那么,究竟是什么东西在推动宇宙膨胀呢?目前较为一致的看法是所谓的暗能量,也即真空空间本身具有的一种潜在的能量。自此后,科学界深入到早先哲学家谈论的话题,即宇宙的“有”与“无”。而今,物理学家认为真空空间并非绝对的“无”。
  早在20世纪20年代,量子论把真空视为某种东西沸腾的海洋。德国物理学家w,海森堡提出了著名的测不准原理。他说,几对密切相关的可测物理量,它们之间的关系却是你越多地知道其中的一个,就越少地知道另一个。
  能量和时间就是这样的一对。这意味着你无法精确地测定一个物理系统的能量,除非时间是完全不精确的。那就是说,你用无限的时间去做测量,结果是永远也不能精确测出真空零能量的“无”。据量子论,即使是一个完整的真空也充满着不停波动的类波的场,涌现出众多的短命粒子。它们不知在何处出现,继而又消失,给真空一个明确的非零“零点能”。
  这一量子论的真空说明,对“无”的特性给出了新的动力。现在科学界认为,新型的鲜活真空具有实际效应。仔细地观测原子运动,你可以看到一种被称为兰姆位移的微小效应。在这一过程中,真空波动挤压了一个轨道上的电子,微妙地改变了它的能量,使其自发地在原子的两个能级间跳动,并放射出光子。
  在这些真空效应中,要数H.开歇米尔的思想最为抢眼。1948年,他跟同事彼得一起研究。彼得是丹麦的物理学家,他了解胶质如何处于稳态平衡。胶质是一种混合物,在胶黏过程中,它的一种物质进入另一物质,这种介质中分子间的力会很快地散去,速度比经典电磁力学所计算出来的更快,似乎有某种东西把组成分子拉得更紧。
  开歇米尔计算指出,上述的“某种东西”可能是真空的行为。要在复杂的胶质分子中得出真空效应是不可能的,因此开歇米尔提出一个简单的模型系统,仅由两块平行的金属板组成。它显示出,可能产生的真空波动正好加大了两板间的引力。他解释道,两板间的空隙限制了真空波动的波长,即在空隙之外真空波动可选择任何波长。因此,外面有更多的波,它们势必也加在两极之上。
  这个效应是十分微弱的,两块相隔10纳米的板受到的压力相当于我们头上空气的压力。如此微弱的一个贡献,易被众多其他的效应所掩盖,诸如两板表面电荷间残存的静电引力。
  因此,要相信真空效应的存在是很困难的。耶鲁大学的实验专家洪顿说:“你必须知道,你正在测量的是开歇米尔力。”言外之意是,你无法肯定它来自真空。再说,要把两板排成完整的平行也并非易事,而要计算预期的其他效应,将会碰到极为复杂的数学问题。
  直到1996年,物理学家s,莱莫瑞克斯有了突破。他极为仔细地排除了所有其他效应后,发现有一个极小的残余力,把一块金属板和一个球形镜拉在一起。看来开歇米尔效应并非是理论家的一个白日梦。
  1955年,苏联物理学家E.立夫歇兹预言,真空波动的尺度将提高周围的温度,而产生一个能覆盖较长距离的强烈的力。在2011年2月,莱莫瑞克斯及其同事研究后说,这是一个确实的情况。
  2011年,瑞典物理学家C.威尔逊及其研究小组,提供了一个特别奇怪的现象。他们宣称,通过压缩虚无空间就能产生出光。这是对开歇米尔效应的一个新拓展。该观点认为,一个完整的真空(在物理世界中被定义为“无”)包含着潜在的能量,它能用来使物体运动,甚至创造物质。
  威尔逊说,他们把开歇米尔效应转了向,即不是利用真空暴出粒子去改变环境,而是使真空的四周快速运动,从而产生光子。自开歇米尔效应被提出以来,这个观点一直处于矛盾之中,而今,真空能量的观点有了一个公论的证据。
  随着有关这种效应证据的增多,出现了一种想法,即利用真空能来驾驭我们的装置。目前最为人熟知的建议,便是用它来为nano机器加力。这与原先的开歇米尔效应稍有不同,后者的吸引效应是把物体拉拢,而今则反其道而行之。
  专家们通过改变结构的几何形状或材料的特性,从而限制真空波动,使开歇米尔效应的方向反转,造成一个外向压力,使两物体相互推开。2008年,麻省理工学院的S.强生及其同事通过计算得出,在两块金属板间衬以一系列的简单装置,在理论上,即可在该两板间得到斥力。最近,据哥伦比亚大学的麦斯劳夫斯基等人的研究,一种类似的效应可在nano金属杆上产生斥力区域,抬升nano金属棒。
  这种力有助于nano部件(诸如钥匙、齿轮、轴或其他传动部件)运动而无干扰,但要把这类装置投入使用还要待以时日。首先,这些部件必须在原子尺度上进行抛光,因金属表面不像我们想象中那样光滑,而是含有类晶体结构,这会限制真空波动,影响开歇米尔力的尺度。为了推动这些部件,过程极为复杂。
  但随着技术的进步,这些复杂性是可以克服的。2009年,哈佛大学的F.凯伯斯小组测量了开歇米尔斥力。他们制作了一个简单而精细的装置:在一块硅表面上放上溴化苯液体,并在液体中安上一根黄金悬臂,最终在悬臂上测得仅为几十微微牛的力。但当你打算移动nano粒子时,还有不少障碍必须排除。因此,开歇米尔装置进人我们的生活并非易事。强生说:“这是一个技术问题,我们能制造出如此微波和灵敏的东西吗?这同时也是一个理论问题,一旦我们在技术上能付诸实施,人们是否对这类nano装置感兴趣呢?”
  另一方面,在开歇米尔的计算中,他们把真空波动解释为弱化的某种力。若如此,那么多种同样的弱化力都可以简单地获得,只要在有限的时间内把力传送到足够长的距离上,诸如两板相隔的几十或几百纳米。在20世纪70年代,诺贝尔奖得主、物理学家J.斯克温格尔通过计算对这种观点曾予以肯定,但他从不相信真空波动能发展成一种量子场论。在斯克温格尔看来,开歇米尔效应正好能视为“带电物质的量子相互作用,而不是真空的行为”。
  麻省理工学院的物理学家R.贾非说,真空阐释之所以如此风行,唯一的原因是其数学大为简化。他说:“这是一种轻率的态度,人们把开歇米尔效应视为真空波动的证据,但没有证据证明,真空波动出现于没有物质的地方。”类似的,其他效应,诸如兰姆位移和原子的自发放射光子,都可以描述为电荷相互作用的纯结果。
  若如此,其影响将比我们做好nano机器大得多。在过去20年,科学界认识到宇宙在加速膨胀,这种现象被归于一种神秘暗能量的作用,它为真空能点燃了新的希望。现在,我们对这个暗藏着的真空能的最佳计算结果,比宇宙膨胀加速所需能量大120个数量级!这已说不上误差了,而是完全不相匹配,这很可能说明我们对暗能量的本质知之甚少。而同时。人们对开歇米尔效应的观测却十分热切,并认为这种效应似乎是一种决定我们宇宙命运的能量。
  按斯克温格尔的看法,我们不可能相信真空能可以确实存在,因为任何企图证实它存在的做法,都会把某种物质形式引入方程。正如科学哲学家S.劳夫和H.菲克曼格尔于2001年所说的那样:“看来不可能做出决定,这种效应是否出自真空本身……或者,都是测量过程中被引入的。”
  威尔逊认为,若从他的装置中出现的光子也为其他研究者所证实,就足以说明真空波动的确实存在。同样的,随着我们有能力制造精致的nano机器,在未来岁月中测试开歇米尔效应的机会也会因此增加。
  虚无的本质究竟是什么?“无”真的能出自虚无吗?我们可能还是有必要再多问几遍!
其他文献
目的探讨吉安市孕产妇死亡相关因素及降低孕产妇死亡的有效干预措施。方法回顾性对2001~2006年吉安市131例死亡孕产妇进行死因及相关因素分析。结果吉安市2001~2006年孕产妇
中学开展学科竞赛是学校教学工作的一个重要组成部分,是学校开展素质教育、创新教育和实施因材施教的重要举措。本文希望通过对1998、2001、2004年3届化学特长生的竞赛辅导工
古代的太空人:这个术语有它特殊的含义,掺杂着“失落的古代文明”、“外星人造访早期的地球文明”、还有“高智能的冒险”等。年少时读过科幻小说的人,都不会忘记那些精彩的短篇小说。小说的最后都是以在太空旅行者们或自行降落、或因飞行器失事而最终登陆地球而告终的。因此,当埃利希·冯·丹尼肯的作品《众神的战车》问世时,已经有了现成的粉丝,这些粉丝(也包括作者)在内心深处相信,人类从古老的文明中获得了帮助,即使现
目的观察压力性尿失禁(SUI)女性患者尿道形态静态及动态的解剖学变化。方法对44例压力性尿失禁患者和45例正常人行阴道前庭超声检查静止期和压力期的尿道的位置和形态,测量压力
在罗斯韦尔事件50周年纪念的喧闹中,对UFO问题持有自己观点的人们纷纷走出来。真正相信UFO的人徒步来到他们的圣地,期待获得一份对神秘的外星兄弟的了解。  1997年的罗斯韦尔媒体事件实际上是长达数月、声势渐长且席卷整个美国的UFO报道,其中的一些非常严肃,而另一些令人震惊,比如3月发生的天堂之门惨案,这让公众觉得UFO的信徒们都是疯狂的。4月,五角大楼发言人对媒体宣称,军方“很久以前”就已经停止
自从英国考古学家霍华德·卡特在1923年打开埃及帝王谷少年法老图坦卡蒙的陵墓后,在10年时间中约有20名和图坦卡蒙陵墓挖掘工作有牵连的人都神秘地死于非命。  从那以后,“图坦卡蒙诅咒”之说开始甚嚣尘上。然而,英国历史学家马克·贝依日前石破天惊地宣称,“图坦卡蒙诅咒”之说纯属捕风捉影,因为据他研究发现,至少7名所谓死于“图坦卡蒙诅咒”的英国受害者,其实都可能是被一名叫做阿利斯特·克罗利的英国术士和邪
引力是人类最早认识的一种相互作用。1687年出版的牛顿的划时代巨著《论自然哲学的数学原理》一书中描述了引力作用的基本形式,但是引力的本源是什么,却一直没有找到答案。1915年,爱因斯坦基于物质的惯性质量与引力质量的等效性建立了广义相对论,广义相对论用时空的弯曲来解释引力的本质,但是,这仍然是一种表面的描述,没有触及引力的本质。  到了20世纪70年代,理论物理学家基本上达成了共识,那就是要想从微观