時空結(jié)構(gòu)中充滿了振動的量子場，也就是真空能量。它就在那里，我們目光所及之處，都能看到它。但我們能從中得到什么嗎?
我們甚至可以計算出真空能量的強度。當(dāng)我們應(yīng)用量子力學(xué)規(guī)則來確定場在孤立狀態(tài)下的振動程度時，我們得到的結(jié)果是……無窮大。沒錯，每一點時空都充滿了無限的能量。這是因為這些場的振動次數(shù)是沒有限制的。小振動、中等振動和大振動都同時發(fā)生在每個量子場中。
等等，等等——場怎么可能擁有無限的能量，但仍然有更多的能量來產(chǎn)生粒子呢?為了回答這個問題，我們可以看看荷蘭物理學(xué)家亨德里克·卡西米爾設(shè)計的一個巧妙的實驗。
如果你把兩塊金屬板粘得非常非常近，那么這兩塊金屬板之間的量子場就必須以某種方式運行。它們的振動波長必須與金屬板之間完全吻合，就像吉他弦上的振動波長必須與弦的長度吻合一樣。在量子情況下，金屬板之間仍然有無數(shù)次振動，但金屬板之間的無限振動沒有金屬板外部的那么多。
運用一些巧妙的數(shù)學(xué)知識，我們可以將兩種無窮大相減，得出一個有限數(shù)。這意味著兩塊板外的量子振動確實比板內(nèi)的多。這可以得出這樣的結(jié)論：板外的量子場將兩塊板推到一起，這就是所謂的卡西米爾效應(yīng)。我們可以測量這種效應(yīng)，并驗證量子場確實存在。
所有這些理論和實驗都得出了一個驚人的結(jié)論。世界上所有的物理現(xiàn)象、每一次相互作用、每一個過程和動作都發(fā)生在一個充滿無限真空能量的舞臺上。盡管這幅圖景很奇怪，但它是數(shù)十年來對量子理論研究的結(jié)果。
目前，我們無法利用這種能量并利用它做任何有用的事情。這是因為它是宇宙中能量最低的狀態(tài)。要完成工作，你必須有能量差異，你需要從一個地方提取能量，對其進行轉(zhuǎn)換，然后將其放在其他地方。
我們無法利用真空能量，因為真空能量無處可去。這就像試圖讓電梯越過建筑物的最低層——它停在一樓，因為下面沒有其他樓層。
說到卡西米爾效應(yīng)，我們首先必須向系統(tǒng)投入能量，才能將板塊排列在一起。當(dāng)板塊開始移動時，我們只是收回了投入的能量，沒有產(chǎn)生任何凈能量。
科幻宇宙中有許多想法提出利用真空能量為星際飛船或其他先進推進器提供動力。雖然這些想法與既定的物理學(xué)背道而馳，但我們必須承認(rèn)，我們并不完全了解物理學(xué)的一切……尤其是真空能量。我們做錯事的最大線索不是與亞原子尺度有關(guān)，而是與宇宙有關(guān)。
20 世紀(jì) 90 年代末，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹正在加速。這種加速膨脹最簡單的解釋是宇宙的真空能量。但由于我們可以測量膨脹率，我們可以用它來估算真空能量的總量，我們得到每立方米空間中大約有 6 x 10 -10焦耳。
那不是……無限。所以我們有一個問題。一方面，我們有一組亞原子計算、預(yù)測和測量，它們告訴我們真空能量是無限的。另一方面，我們有一個宇宙測量，它告訴我們真空能量的數(shù)量真的非常小。
到底發(fā)生了什么?我們不知道。這是現(xiàn)代物理學(xué)中最大的未解問題之一。如果我們想找到一種方法來利用真空能量，那么首先我們必須了解它到底是什么。無論我們在那里發(fā)現(xiàn)什么，都會涉及新的物理學(xué)，誰知道新的物理學(xué)會為我們揭開什么謎團呢?
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