以“卡西米尔力”为例

 yetiaoxin

2、以“卡西米尔力”为例

卡西米尔效应现象，是由荷兰物理学家卡西米尔在1948年发现而首先提出的，随后被很多科学家也侦测到。后来为纪念他，以“卡西米尔”命名。但1948年卡西米尔发现卡西米尔力时，夸克、胶子之类的量子色动力学还没有出现。卡西米尔等科学家的探索，还只停留在原子核和电磁场物理学层次以上，这时的观念还只是一种源于电磁场的量子真空起伏的力。对这种由于在真空状态有量子力的波动，两个距离非常近的物体之间存在的奇怪的拉力或推力，被称为“卡西米尔效应”。这时的卡西米尔效应源于的量子力波动的量子，人们主要还看成是“实粒子”。它可以上推论到海浪等液体的水分子、空气等风流动的空气分子，也能产生卡西米尔效应。但数学上，“数”分正、负；虚、实；零等5种。实粒子和它的负粒子，在这种卡西米尔效应真空中，两片平行的平坦金属板之间产生的吸引压力，与牛顿、爱因斯坦发现的万有引力，其深层次的物理原理，是不同的。

在数学基本推理原理上，深化这种联系，是等到今天对爱因斯坦的广义相对论和量子色动力学，追踪到原子核和电磁场物理学层次以下，出现量子引力和暗能量、暗物质、暗信息、弦论等问题的考察时，才有说得清楚的思路。例如，爱因斯坦的广义相对论，可以说明光线在经过大质量星体附近时，由于时空在大质量星体附近会发生畸变，使光线沿弯曲空间的短程线传播而会发生弯曲，形成引力透镜现象。即在观测者到光源的视线上，如果有一个大质量的前景天体，则在光源的两侧会形成两个像，就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样，有一个天体是虚像。这看起来，当然不是卡西米尔力使光线发生的弯曲。

但卡西米尔力这种压力，在电磁场的量子真空这个层次上，也可以认为由平板之间空间中的“虚粒子”的数目比正常数目小造成的。这里的“虚粒子”，可以认为类似是虚数的粒子，而且可以是正、负虚数粒子。而前沿科学国际主流今天的基础研究“脑洞大开”，其思维联系量子引力和暗能量、暗物质、暗信息等方面的量子弦论、圈论、扭量等的“虚粒子”，正类似正、负虚数粒子。

国际主流的科学观点来源于哪里？一部分来源于已成主流科学家的常规方法研究，另一部分还有先不是主流科学家、也不是按常规方法研究搞出的成果。例如2014年湖南科技出版社出版戴维·凯泽的《嬉皮士救了物理学》，就把风马牛不相及的嬉皮士与物理学扯在一起。众所周知，嬉皮士用来描写西方国家1960年代和1970年代反抗习俗和当时政治的年轻人。1960年代中期西方开始流行的时尚词儿嬉皮士，也是在区别“垮掉的一代”之后的青年文化。但凯泽说：就是在上世纪70年代那个对于物理学家的不景气年份，由于工作难找，随波逐流、不敢越雷池一步成了人们奉行的原则。这时美国加州伯克利一群工作不称心的几个嬉皮士同学，从不同地方和岗位七拐八弯地聚到伯克利，借劳伦斯实验室的一间教室成立了一个开放的讨论班，名曰“基础物理小组”（简称FFG）。

他们抛开主流物理学界的种种局限作探索，为当今的一些概念，比如弦理论和纳米技术奠定了基础。所以凯泽把基础物理学小组的这些年轻人，称为“嬉皮士物理学家”。说现代理论物理学的生存，在一定程度上也要归功于上世纪六七十年代的反主流文化运动。“科技嬉皮士”们为不得不自己开辟的新路，寻找自己的赞助人、开拓论坛和交流渠道。他们一边赶嬉皮士的潮流，一边发扬物理学的传统。例如他们在有意无意之间引来的量子信息时代“非定域性”和“纠缠”定理，令人联想到超距作用、心灵感应、神秘主义……这些东西恰好迎合了嬉皮伙伴们的口味——他们正可以借量子纠缠去解开心灵感应的秘密。

具体说来，“贝尔定理”虽然后来热火朝天，当年却冷清清寂寞无人管。而且在那个特殊的年代里，“科技嬉皮士”的专业平台那么卑微，而他们的智力追求那么高远。但尽管这些“科技嬉皮士”伙伴们的物理角色很边缘，动机也“别有用心”，却开拓了贝尔定理的乐土。他们把爱因斯坦、玻尔和海森伯们做物理的模式，偷偷带回了他们的日常生活，在思考最深奥的数学方程式的同时，则一头扎进贝尔定理的悖论。“科技嬉皮士”物理学小组的成员们以各种风格，应用各种媒介努力解决着贝尔定理和量子纠缠中的问题。他们努力理解它，测试它的极限，并认识它可能的含义。而他们对贝尔定理和量子纠缠研究，共同推进激发了若干重大突破，其中最重要的就是意外发现了“不可克隆定理”。即不可能将一个量子态复制（克隆）得一模一样。如果用量子态来做密码，那就不可能破解它了。这犹如水中的波，当你舀一碗水来探究那波时，波已经消失了。

量子信息论就这样在一群嬉皮伙伴的新潮游戏中诞生了，他们借流行语解释相对论的时空图，用甲壳虫的歌曲说明经典与量子的区别……激活了北爱尔兰物理学家贝尔多年前提出的“定理”。“不可克隆定理”类似于著名的海森堡测不准原理，它规定创造一个未知或任意量子态的完美副本（或“克隆体”），是不可能的。即“无克隆定理”是说，不可能完全复制一个量子态。因为每个态都有海森堡的不确定性，而各态间又是相互缠结的。这个定理似乎说明量子密码是绝对安全的，因为任何复制脆弱的量子态的努力一定会改变它。即不可克隆定理就是如此使量子加密成为有力工具的：它给银行转账和选举结果传输提供了完美的安全机制。在那个期间，美国发表的研究贝尔定理的文章，有四分之三来自“科技嬉皮士”FFG，而其他作者也多少接受过他们的影响和帮助。于是才有了10年前维也纳的那一幕：实现了用量子密码进行银行转账。

所以量子密码的渊源，不在什么学术或政治或经济或军事的权威机构，而在40年前的一伙“科技嬉皮士”同学。如今在中国反相反量反中医的人特别多，他们也类似“科技嬉皮士”，但有一点不同。因为我国曾经历长期“以俄为师”，批判西方基础研究被检视为坚持自然辩证法的生命线；但这并不是恩格斯的自然辩证法。其实反相反量反中医嬉皮士们，不过是从第一次、第二次世界大战到冷战的“以俄为师”时代“垮掉的一代”老了，而来的新一代。所以“反相反量反中医”的反传统”，皈依的仍是“以俄为师”的超级实用主义。在反相反量反中医“科技嬉皮士”看来，对荷兰物理学家卡西米尔发现说的实粒子和它的负粒子，主要认为类似是实数的粒子，它们只能是包括正、负实数粒子。所以他们他们坚持的超光速也只能是实数超光速，而不承认有量子纠缠信息隐形传输的类似正、负虚数粒子。但也可以从正能量看，今天的“科技嬉皮士”，也是能够把爱因斯坦、玻尔和海森伯们做物理的模式带到人们的日常生活，去关心和平与发展的国家和人类命运的时代主流的“实际”问题。类似凯泽书中说的“科技嬉皮士”物理学讲计算的技巧，并不在乎方程背后的趣味和意义；遇到量子力学的哲学问题时仍是前辈的“别说话多计算”，几乎不知“以俄为师”的斤两和深浅一样。

但如果反相反量反中医“科技嬉皮士”，是2014年10月22日晚上中央电视台播放的围剿“水变油”骗局的这类人，其中重提王洪成是诈骗；即使支持王洪成“水变油”的人不是以科技作诈骗，但他们的这种“敢为天下先，也必定能为天下先”，虽说是有名字，有领军的民间科学家与科学院科学家纠缠而松散的一群人，但在兴高采烈的逐名主义和在线网络的自由主义之间，利用新设备和旧概念，走的是挑战新型科技大国关系的道路。这种竞争，是退出国际主流合作评判，去认知国际主流前沿科学以及人类与自然之间的消费关系，作“脑洞大开”。

从正能量方面说，“科技嬉皮士”也可以是人类智力、智慧在科学分层上的飞跃。但它也把前沿科学的研究，分层分化一种是停留在普通数学、哲学的大多数人群，和另一种是专业高精尖的少数人群。例如，解释虚粒子或实粒子的波动，这正像我国道德经说古老藏象论科学之类的“有无相生，难易相成，长短相形，高下相倾”，对大多数人是更好懂。但这不能代替量子引力和暗能量、暗物质、暗信息等量子弦论、圈论、扭量的专业思维工作。这不是无实用价值的空谈，例如目前理论物理学界的著名学者莱昂哈特，就用“卡西米尔力”来研究隐形材料。

莱昂哈特对隐形斗篷理论框架的概述，曾引起极大关注，让他丝毫不用担心自己的职业前景。莱昂哈特主要从事变换光学、量子光学、超分辨成像方面的理论和应用基础研究，是一名理论物理光学学家。他1964年出生于前东德的施列玛，先后在柏林洪堡大学等几所大学就读。2000年起莱昂哈特在圣安德鲁斯大学物理和天文学院任讲席教授，并在以色列魏茨曼研究所任职。莱昂哈特的理论研究，以新光学效应为主。例如“变换光学”是利用由小于电磁辐射波长的光棒和光圈组成“超材料”，以一种特异的方式改变光的路线。

2006年莱昂哈特“打开脑洞”，联系黑洞、虫洞、卡西米尔力，研究其他的新光学现象，如用光纤模拟出类似于黑洞相反的“白洞”，提出可以用一种球形超材料，引导光线绕过置身其中的物体，使这个物体隐形。莱昂哈特还以第一作者或通讯作者身份，在《科学》、《自然》、《自然材料学》等顶级杂志上发表的多篇论文，被认为是开启现代变换光学和完美隐身研究的两位奠基性人物之一。因为得出与莱昂哈特类似结论的，还有伦敦帝国学院的约翰·彭德里等人独立完成的研究工作，从而使隐形材料成为世界热门研究。这也被美国加州大学物理学家张翔教授评说：“莱昂哈特绝对是我们这个领域的顶尖科学家之一”。