零點能

零點能

零點能是指量子在絕對溫度的零點下仍會保持震動的能量,這個振動幅度會隨著溫度增加而加大。在我們所認為的“真空之中,仍有許多振動中的粒子,不斷產生能量;若能將這些能量轉換為可供人類使用的動力,等於為人類開啟了一座永不枯竭的能源寶藏。

概述

世界各地的科學家最近齊聚英國,研究利用“零點能推動宇宙飛船引擎的可能性,一旦成功,人類將可在太空中自由來去,而且不需要耗費任何燃料飛行數百年之久也沒有問題。

現狀

截至目前,零點能只獲得初步的驗證:在實驗中兩片金屬通過零點能的力量結合在一起,微微發熱。雖然這和推動太空船的動力相差了十萬八千里,但至少證明了利用零點能的構想是可行的。此外,科學家認為物理學定律中的慣性、電子繞原子核運動的動力,可能也是由量子振動而來。若能想出辦法克服慣性的作用,通過原子的運動汲取能量,太空旅行將不再是夢想。科學家樂觀地相信,若假設正確,則5年內就可以製造出新型火箭與人造衛星,未來更有無盡的發展可能性。
真空零點能(Zero point energy)
量子理論預示,真空中蘊藏著巨大的本底能量, 它在絕對零度條件下仍然存在, 稱為真空零點能。對卡西米爾(Casimir)力(一種由於真空零點電磁漲落產生的作用力)的精確測量,證實了這一物理現象。

真空旋轉波包-內部結構模型圖真空旋轉波包-內部結構模型圖

現代科學認為真空並不意味著一無所有,真空是由正電子和負電子旋轉波包組成的系統,這種過程的動態能量可以作為工業能源、未來星際航行能源以及家庭生活等諸多領域的能源。量子真空是一個非常活躍的空間,它充滿時隱時現的粒子和在零點線值上漲落的能量場。而與這種現象伴生的能量,被稱為零點能,也就是說,即使在絕對零度,這種真空活性仍然保持著。早在1891年,科學家忒斯拉(Nikola Tesla)在一次演講中就提到:幾個世紀之後,也許我們可以從宇宙中的任意一點提取能量來驅動我們的機械。用今天的科學語言解釋,這種能源就是真空零點能,或稱空間能、自由能等。
關於零點能的構想來自量子力學的一個著名概念:海森堡測不準原理。該原理指出:不可能同時以較高的精確度得知一個粒子的位置和動量。因此,當溫度降到絕對零度時粒子必定仍然在振動;否則,如果粒子完全停下來,那它的動量和位置就可以同時精確的測知,而這是違反測不準原理的。這種粒子在絕對零度時的振動(零點振動)所具有的能量就是零點能。狄拉克從量子場論對真空態進行了生動的描述,把真空比喻為起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高達1095 g/cm^3。
1948年,荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾提出了一項檢測這種能量存在的方案。從理論上看,真空能量以粒子的形態出現,並不斷以微小的規模形成和消失。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子,但卡西米爾認為,如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起,較長的波長就會被排除出去。接著,金屬盤外的其他波就會產生一種往往使它們相互聚攏的力,金屬盤越靠近,兩者之間的吸引力就越強。1996 年,物理學家首次對這種所謂的卡西米爾效應進行了測定。華盛頓大學Lamoreaux在他的學生Dev Sen協助下,對卡西米爾效應進行了精確的測量,該測量結果與卡西米爾對這一特殊板間距及幾何構形所預測的力相差不超過5%。Lamoreaux在他的實驗中,採用鍍金石英表面作為他的金屬板。另外一塊板固定在一個靈敏扭擺的端部。如果該板向著另外一塊板移動,則擺就會發生扭轉。一台雷射器可以以0.01微米的精度測量扭擺的扭轉。向一組壓電組件施加的一股電流使卡西米爾板移動;而另一電子反饋系統則抵消這一移動,使扭擺保持靜止。零點能效應就表現為保持擺的位置所需的電流量的變化。Mohideen等人在加州理工學院作的實驗中,在0.1到0.9μm的範圍內,用原子力顯微鏡對卡西米爾力進行的測量結果,與理論值相差不到1%。
如果零點能可以提取,無疑將是人類所能夠利用的最佳能源了。它是潔淨,廉價的能源,是大自然給予人類的“免費的午餐”。宇宙中所有的物質都來源於零點電磁漲落能,我們身上的每一個物質粒子不停地與真空零點能發生能量交換,也就是,沒有任何一個物理體系稱得上是孤立體系的。根據物理真空的性質,我們可以從空間任何一點提取零點能,並轉換成我們所需要的能量形式。原子中電子繞核轉;太陽系中,行星繞太陽轉,幾十億年永不停息;超導超流現象,這些都是大自然給我們的關於能源的啟示。

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關於零點能的構想來自量子力學的一個著名概念:海森堡測不準原理。該原理指出:不可能同時以較高的精確度得知一個粒子的位置和動量。因此,當溫度降到絕對零度時粒子必定仍然在振動;否則,如果粒子完全停下來,那它的動量和位置就可以同時精確的測知,而這是違反測不準原理的。這種粒子在絕對零度時的振動(零點振動)所具有的能量就是零點能。狄拉克從量子場論對真空態進行了生動的描述,把真空比喻為起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高達1095 g/cm^3。
1948年,荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾提出了一項檢測這種能量存在的方案。從理論上看,真空能量以粒子的形態出現,並不斷以微小的規模形成和消失。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子,但卡西米爾認為,如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起,較長的波長就會被排除出去。接著,金屬盤外的其他波就會產生一種往往使它們相互聚攏的力,金屬盤越靠近,兩者之間的吸引力就越強。1996 年,物理學家首次對這種所謂的卡西米爾效應進行了測定。華盛頓大學Lamoreaux在他的學生Dev Sen協助下,對卡西米爾效應進行了精確的測量,該測量結果與卡西米爾對這一特殊板間距及幾何構形所預測的力相差不超過5%。Lamoreaux在他的實驗中,採用鍍金石英表面作為他的金屬板。另外一塊板固定在一個靈敏扭擺的端部。如果該板向著另外一塊板移動,則擺就會發生扭轉。一台雷射器可以以0.01微米的精度測量扭擺的扭轉。向一組壓電組件施加的一股電流使卡西米爾板移動;而另一電子反饋系統則抵消這一移動,使扭擺保持靜止。零點能效應就表現為保持擺的位置所需的電流量的變化。Mohideen等人在加州理工學院作的實驗中,在0.1到0.9μm的範圍內,用原子力顯微鏡對卡西米爾力進行的測量結果,與理論值相差不到1%。

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