撓場

撓場(torsion field)又稱自鏇場(spin field)或扭場(axion field)是物體自鏇角動量扭曲時空坐標所產生的場。愛因斯坦1915年提出《廣義相對論》時,並未考慮物體的自鏇效應。1920年代,卡坍(Cartan)首先在廣義相對論中考慮物體自鏇導致時空的扭曲,因而產生撓場。在廣義相對論中,愛因斯坦假設撓場不存在,但德國大數學家Weyl 在1930年代指出數學上並不能將它排除。撓場是萬有引力、電磁力、弱作用力、強作用力之外的另一種力,為第五種力。

概述

當撓場靜止時,它的強度正比於萬有引力常數G乘以普蘭克常數h,比四種力中最弱的萬有引力還弱10^27倍,因此在物理界不受重視。其實說簡單點,就是由於宇宙中一切物質因為自鏇,而所產生的。
越來越多的實驗事實表明,在一定條件下,電化學過程中存在過熱和核嬗變現象?由於這些實驗現象的重複性尚不令人滿意,並且不能用已確認的物理規律加以解釋,因此,由Fleischmann和Pons等人公布的“冷核聚變”研究結果不能被公眾廣泛承認,甚至還被稱為“病態科學”。然而,近10年來,國際上還是有很多科學家在進行著這方面的研究,並取得了較大的進展。各國政府對這一學科研究的重要意義的認識也在不斷增強。
文獻[1]從電化學系統中的基本過程出發,分析電化學雙層的聚能過程、電極表面的尖端效應及點腐蝕的雷雲閃電模型,認為電極表面微區的動態氣泡和渦鏇動力學導致的動態Casimir效應及撓場相干產生了提取零點能過程,從而引發種種異常現象的產生。借用天體物理的類星體渦鏇模型,已對電化學實驗中出現的過熱和核反應過程進行了理論解釋。
本文將簡單介紹關於撓場理論研究情況,著重介紹前蘇聯學者在這方面的工作,然後分析電化學反應中的一些現象,認為在電極表面微區存在伴隨渦鏇運動的撓場與零點能的相干作用。由於前蘇聯在撓場研究方面的很多結果沒有公開在國際上發表,我們知道的大部分內容來源於Akimov的兩篇綜述性文章。從Akimov的兩篇文章可以看到,俄羅斯在這方面的工作已經比較成熟,西方的部分學者也對此表示了極大的興趣。

撓場

基於不同的理論,撓場可以通過不同的方法引入,其中之一是來源於對愛因斯坦的廣義相對論的修正。廣義相對論的建立,無疑使科學界對於引力現象的認識,從牛頓萬有引力的水平上大大地深化了。這個理論不僅解釋了水星近日點的進動,預言了引力場中光線偏折和紅移現象,而且邏輯嚴謹、概念深刻,因而一度被普遍接受。但是,深入的研究表明,廣義相對論本身存在一些問題和困難。在廣義相對論中,反映了引力的時空幾何性質,但只考慮曲率的作用,沒有考慮撓率的作用;關於物質運動對引力現象的影響,只考慮物質的能量的作用,沒有考慮物質自鏇的作用,從物質的性質決定時空幾何的觀點看來,這是不夠全面的。因此,探索反映引力現象的更深刻的本質問題,引起了廣大物理學工作者的興趣,這方面工作在國際上也日趨活躍。廣義相對論描述的時空幾何是無撓的黎曼幾何,也即要求聯絡是對稱的(Γλμν=Γλνμ),在這一假設下,時空的幾何性質完全由度規張量確定,或者說,物質運動完全由物質的能量動量張量所確定。然而,為了考慮物質自鏇的作用,就需要引進新的幾何量,這就是首先由嘉當注意的撓場張量。即放寬對稱聯絡的限制,引進撓率張量Kλμν=Γλμν-Γλνμ。這一關於非對稱聯絡的引力理論最早由嘉當和愛因斯坦進行了研究,即所謂的Einstein-Cartan(EC)理論,但當時並沒有很大的進展。自70年代以來,F.Hehl所領導的學派在這方面做了很多重要的工作。對這一理論的更深刻的研究是從規範不變的角度出發的,即把引力理論看作是一種規範理論,認為引力場是一種規範場。這一看法最早是由Utiyama提出來的,隨後,Sciama、Kibble等人考慮了物質場有自鏇、引力場有撓率的情形,對此做了較深入的研究,從規範理論的角度得到了EC理論。在國內,也有不少科學工作者做了這方面的研究工作。這些理論在描述物體在時空中的動力學效應中,在愛因斯坦的引力理論基礎上作了更深入的研究,提出存在對應於鏇轉物體的自鏇角動量密度的時空撓曲。

電子和正電子的圓波包-內部結構模型圖電子和正電子的圓波包-內部結構模型圖

到目前為止關於撓場的文章大概有10000多篇,前蘇聯學者的研究工作占了很大比重。文獻中指出,儘管撓場可以通過不同的方法引入,但從最基本的層次上,都可以納入對物理真空這一概念的新的理解上。該文指出,各種場(電磁場引力場和撓場)都可以作為物理真空在不同極化條件下的表現。他們認為物理真空是一種物理狀態而不是如P.Dirac所說的正負電子對模型。他們把物理真空定義為是沒有真實的粒子,而是電子和正電子的圓波包在一種特殊狀態下的表現。由這種假設出發,認為正負電子對的真空是與這種圓波包的互相嵌入狀態相對應的,這種圓波包的互相嵌入狀態稱為是“菲頓”。如果一個帶電粒子存在於真空中,作為一種擾動,使這種“菲頓”物理真空被電荷極化時,就表現為電場;而如果這種擾動源是質量m,那么,物理真空在質量的擾動下引起真空的自鏇縱向極化,就表現為引力場;如果這種擾動是由於物體的自鏇引起的,那么,真空被橫向極化,就表現為撓場。對此,可以理解為:如果把一個帶電、有質量和自鏇的物體看成是對物理真空的擾動,則與該物體的帶電量和質量相對應就分別產生電磁場和引力場,而與物體的自鏇相對應則產生撓場(或稱為自鏇場)。因此,不同的場可以看成是物理真空在不同擾動下的不同極化方式的一種表現。根據理論和實驗研究結果,俄羅斯物理學家總結出了撓場的一系列與眾不同的性質:
1.不像電磁場那樣,同電荷相排斥,異電荷相吸引,撓場是同荷合併,而異荷排斥;
2.由於撓場是由經典的自鏇產生的,所以,撓場對物體的作用只會改變物體的自鏇狀態;
3.撓場在通過一般物理介質時不會被吸收,也不會產生相互作用;
4.撓場的傳播速度不低於109倍光速,這一現象與量子非局域性的表現相關;
5.由於任何物質都有非零的集體自鏇,因此,任何物質都有自身的撓場;
6.撓場具有記憶和滯後作用,也就是具有一定強度和頻率的撓場的場源把圍繞該物體的空間中的物理真空極化了,所以,當場源被移走後,空間的渦鏇結構仍然保留,撓場還可以存在;
7.撓場具有軸向加速作用。
撓場的出現與原子、電子的自鏇取向有關,但通過物體的機械鏇轉方式也可能產生選擇性的自鏇空間取向。在電解過程中,電極尖端效應產生的渦鏇運動也將產生撓場。從天體觀測可知,某些類星體具有渦鏇結構,在渦鏇中心出現高度定向的高能宇廟射線(>10 20eV),其幾何結構類似一個陀螺。如果考慮到類星體中心的高速鏇轉的黑洞,可以認為其中心有能量極高的撓場產生。最近,S.Whitehouse等人指出,渦鏇銀河的星體運動可以用真空中懸浮能或暗能量而不是暗物質加以解釋。
文獻[2]中還提到了通過對物理真空的渦鏇擾動,有可能從真空中提取能量。近20多年來,很多學者指出從物理真空中提取出零點能是可能的;儘管大部分人反對這一觀點,認為真空是能量最低的狀態,不可能從中提取能量。然而,考慮到上面給出的關於真空和各種場的模型,既然通過對真空的電荷極化而產生的電磁場具有極高的能量密度(對應的電場為1016V/cm),那么,從新的觀點上來看,通過鏇轉物體與物理真空的相干作用,產生所謂的撓場能源也就成為可能。
從量子場論的角度來看,物理真空是一個具有強烈漲落的系統,它蘊涵巨大的能量。根據量子場論對真空態的描述,J.Wheeler估計出了真空的能量密度高達1095g/cm3。如果可以通過對真空的自鏇擾動來釋放真空漲落中的能量,那么,這種能源是巨大無窮的。從這一前提出發,近幾十年來Moore、 King、 Nieper等人在這方面做了很多工作,有一些實驗已經顯示了提取真空零點能的可能性,甚至有的裝置已經申請了專利。

撓場動力學與電化學異常現象

電解過程中,電極的稜角及表面的凸起,將引起局部電場集中。如果是陰極,則將出現局部高密度電子發射,而導致遠離平衡態的非線性的渦鏇運動。由於氫(或氚)氣泡的不斷出射和離去,在電極尖端將出現周期性的瞬態變化過程。電解電壓越高,瞬變的頻率就越高。瞬變的氣泡可以看作是帶有可動邊界的諧振腔,它們可能產生動態卡西米爾效應而吸收零點能,並以光子的形式放出。而渦鏇運動要產生撓場,通過撓場與真空的相干作用而提取零點能,導致了過熱等異常現象。
從我們的電解實驗結果中,看到了撓場存在的證據,例如通過輻射自照相法觀察到的高度定向的β-粒子束;有時,斷開電解電壓後,仍能看到電極尖端處持續出現的氣泡,說明該處殘留的撓場仍在起作用;許多實驗室觀察到的停止電解後出現的持續放熱現象亦可用撓場的存在作解釋。
應該指出的是自然界各個層次都存在渦鏇現象,從基本粒子、原子結構、電漿收縮、超導、超流、龍捲風、類星體、黑洞等等;而且與渦鏇相關的現象都有著許多未知的物理過程,例如最近發現超導體中的渦鏇也具有記憶效應,因此,很自然會想到應當存在與這種渦鏇相關的場的存在。許多自然現象有著標度不變性,電解過程尖端效應產生的核過程,可以用天文物理觀察到的類星體渦鏇模型來解釋。依此類推,類星體渦鏇模型也可以用放電現象及由此產生的異常高能帶電粒子的現象加以解釋。
四、結語 
綜合大量有關“冷核聚變”的實驗數據並加以分析歸納之後,我們認為,電化學過程產生的過熱主要不是來自於核聚變過程,而是由於電極表面微區的尖端效應引起的渦鏇運動,而渦鏇運動將產生撓場並與零點能相干而提取零點能。類星體渦鏇模型可以用來解釋沿金屬晶格溝道產生的從電子俘獲、聚變、裂變等各種類型的核反應,但這種核反應不是過熱的主要來源。
物理真空是一個強烈漲落的動力學體系,如果能通過有效的途徑提取出物理真空中的能量,它確實可以是一種取之不盡用之不竭的乾淨的能源。

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