12-1、量子真空涨落“量子真空涨落”，又称“量子涨落”或“真空涨落”，是由海森堡的不确定性原理推导出来的。指在空间任意位置能量的暂时性变化。1924年德布罗意在他的博士论文《量子理论研究》中，详细解释了他所创建的电子波理论，根据爱因斯坦和普朗克的研究成果，他推导出：任何物质都同时具有波动和粒子的性质。这篇论文被爱因斯坦大为推举，因而在物理学界广为传播。两年后薛定谔就发表了他的“薛定谔方程”，从此开启了量子力学的新纪元。 在已有的量子力学基础之上，1927年海森堡以傅立叶变换和矩阵力学推出了不确定性原理：一个微观粒子的共轭量（如位置和动量、方位角和动量矩、时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定性就越大。测量一对共轭量的误差（标准差）的乘积必然大于常数h/4π。不确定性原理反应了微观粒子运动的一个基本规律——以共轭量为自变量的概率幅（波函数）构成傅立叶变换对。其实不确定性原理不仅限于微观粒子，也是所有波的本征属性。微观粒子之所以具有不确定性，是因为其本身的波粒二象性，即微观粒子就是波。而所有的物质都是由微观粒构成的，所以任何物质都同时具有波动和粒子的属性。 时间和能量，是一对共轭量，根据不确定性原理，在宇宙中任意空无一物的真空中，当在一个极短的时间内，也就是时间的确定性更大的情况下，那么能量的不确定性就变得很大了，所以就有一定概率会随机的产生出能量。当然这种不确定性是在我们这个由能量构成的宇宙中，如果宇宙原本就空无一物，从来没有过能量这个东西，那么就没有时间-能量这一对共轭量了，也就不可能存在这种不确定性了。在真空中，极短时间内能量的不确定性，往往表现为随机生成一对正、反虚粒子；正粒子、反粒子相遇会瞬间湮灭，仅在一瞬间空间又回归真空。这种由于时间和能量的不确定性导至的真空中闪现出粒子对，又瞬间湮灭的现象，就是量子真空涨落。 12-2、卡西米尔效应量子真空涨落，并不是只限于推导中的一个理论，而被实验证实了的。1948年，荷兰物理学家享德里克·卡西米尔基于量子场论的真空量子涨落观念提出：真空中两片中性不带电的金属板会出现吸引。这在经典理论中是不可能会出理的现象。后来这种现象被实验侦测到，并以卡西米尔命名为：“卡西米尔效应”或“卡西米尔力”。在具体的实验中，两片金属板的距离达到非常之小时卡西米尔效应才被检测到，在10纳米（大概是一个原子尺度的100倍）间隙上，卡西米尔效应能产生1个大气压的挤压吸引力。两块金属板中性不带电，意味着它们之间没有电磁相互作用力；而10纳米的距离又远远大于强、弱相互作用力的力程；1个大气压的“引力”又远远超出了质量引力。强力、弱力、电磁力和引力，宇宙四大基本力全部被排除之后，在没有任何物质的真空中是什么产生出了如此大的卡西米尔力呢？说明真空中确实有潜藏的能量存在。 2011年6月9日，据英国《每日邮报》报道，瑞典的一个物理学家小组实现了真正意义上的无中生有——从真空中创造出一束粒子流（闪光），并且还成功捕捉到实粒子。该小组让一个特殊组件在磁场中以0.5倍光速移动，并通过改变磁场的方向导致该组件出“震动”。这样的结果是从真空中产生了一束粒子流——这完全符合理论预计。如果使用一块金属板就可能吸收这种“虚粒子”，并以实粒子的形式辐射出来。于是，他们采用了一个超导量子干涉器件来充当金属板，并使它以0.05倍光速震动，果然实验显示真空中“凭空出现的”光子频率约为超导量子干涉器件震动频率的一半。界此，卡西米尔效应得到了确切的证实，实验搂据与计算结果完全吻合，就是对量子场论正确性的最有力证明。 12-3、虚空实存即然真空中确实有能量存在，并不是真的空，那么“真空”这个概念就不再恰当了，应 改为“虚空”才更合适。“虚”，就是假，不真实的意思。“虚空”的涵意就是假空、真实的存在。 量子力学创立之初，以爱因斯为代表的一些物理学家，坚持认为微观粒子是遵循电动力学定律的，也就是狭义相对论，支持者有薛定谔、德布罗意等人；以玻尔为代表的哥本哈根学派则开避了全新的视野，认为微观粒子并不遵守经典的力学定律，而是具有微观世界的特别规律。海森堡的“不确定性原理”在早期为哥本哈根学派奠定了理论基础；随后泡利提出了“泡利不相容原理”，又揭示出了一个微观世界的基本规律。 当时薛定谔为了反驳海森堡的不确定性原理，发表了他的薛定谔方程，然而这个公式公布之后却成为了量子力学哥本哈根学派解释的最基本方程之一。“薛定谔方程”在物理学史上极具伟大意义，被誉为是“十大经典公式”之一。它揭示了微观粒子最核心的运动规律：微观粒子体系的状态不能用力学量的定值来表示；而是要用力学量的函数（即波函数）来确定。因此波函数成为了量子力学研究的主要对像。力学量取值的概率分布如何，这个分布随时间如何变化，这些问题都可以通过求解波函数的薛定谔方程得到解答。后来玻恩更是提出“概率幅”的概念，成功解释了薛定谔方程中的物理学意义。可是薛定谔本人并不赞同这种统计概率的方法，以及因此而伴随的非连续性波函数坍缩。更加无法容忍的是，自己的方程居然为哥本哈根学派做了嫁衣。 薛定谔方程原本是为了支持狭义相对论，反对“概率论”的；但却十分诡异的成为了概率论的核心基础之一，并且还不具有相对性。二十世纪二、三十年代瑞典理论物理学家奥斯卡·克莱因和德国人沃尔特·戈登分别独立推导出了薛定谔波动方程的相对论形式，用于描述自旋为0的自由粒子。克莱因-戈登方程是一个具有相对论性的波动方程，然而它并不能计算氢原子，一直被负能态和负几率所困绕。因此克莱因-戈登方一直被物理学家们所质疑。这个时候狄拉克出现了，狄拉克想即然电动力学、矩阵力学、薛定谔方程都没有办法说明这个情况，那我就把三者融为一体，由此诞生了狄拉克方程。 狄拉克方程，首次将现代物理学的两大基石：狭义相对论和量子力学融为了一体，不仅能够计算氢原子的精细结构，还可以自动产生电子的自旋量子数。为了解释负能态，狄拉克天才的想象出了“狄拉克负能海”。因为狄拉克方程可以解出自由电子的负能态，因此狄拉克预言了正电子、反物质的存在。按照能量最低原理，物质世界的电子都应跃迁到负能级上。但由于电子是费米子，满足泡利不相容原理——每一个状态只能容纳一个电子；物理上的真空，实际上是每一个状态都被正电子填满了的负能态。所以物质世界的任何一个电子都不可能在更低的、负能态中找到一个还没有被正电子填入的状态。物质世界就像是沉浸在负能级电子的海洋之中，但却不能融入其中一样，这就是“狄拉克负能海”，就是所谓的物理真空。但是泡利不相容原理仅限于费米子，当遇到玻色子的时候，狄拉克海就很无奈了。于是，在此基础之上，物理学家们创立了“量子场论”，来代替狄拉克的负能海。 量子场论，是基于经典场论、相对论和量子力学而建立起来的。经典场论是关于场的性质、相互作用和运动规律的理论。经典场的物理性质可以一些定义在全空间的量来描述（例如，电磁场的性质可以用电场强度或磁场强度；或者是用一个三维矢量势和一个标量势来描述）。这些量是空间坐标和时间的函数，它们随时间的变化描述场运动，空间上不同点的场量可以看作是相互独立的动力学变量，因此场是具有连无穷维自由度的系统。量子场论，就是把场看作是无穷维自由度的力学系统的量子化状态，用来描述粒子之间的相互作用和动力学规律。量子场论中，粒子就是场的量子激发，每一种粒子都有自己相应的场。在量子化过程中，玻色场满足对易关系，而费米场满足反对易关系。 量子场具有与粒子一样的性质，有质量，有能量，有动量，有角动量等等的物理性质；同时量子场充满全空间、没有不可入性是与粒子不一样的性质。每一种粒子都对应一种场，对应不同粒子的各种场在空间中互相重叠的充满了全空间。相对于粒子而言场是更基本的存在行为，场的激发表现为粒子；而场的基态不表现出任何释放能量的物理效应，所以称为是物理真空。 12-4、虚空零点能虚空（量子场）是比粒子更低能级的、更基本的存在状态，不表现出任何释放能量的物理效应。可以说是能量的绝对、极限基态了，但为什么虚空中会激发出粒子呢？基于不确定性原理，量子力学其实有一个隐设的大前提，就是：不存在绝对的0态。因为不确定性，即使是最低的能态也会产生随机的变化，所以虚空就可以出现量子涨落现象，虚空的能量值并不是绝对的0，而是一个大于0的值。另外热力学第三定律指出——绝对零度不可到达，因此能量的最低点也不可能是绝对的0。用薛定谔方程计算谐振子发现，最低的能量是ħω/2，如果由此再往下就进入了负能量区域，所以虚空的能量值就是ħω/2。由于虚空（量子场）是能量的最低点、极限的基态，所以就称为是“零点能”。 根据热力第二定律，一切的能量自发的（粒子）都应该向更低能级的虚空跃迁。现实中绝大多的原子和强子也确实都在发生着衰变，可是到了强子、费米子、玻色子就不再衰变了，氢原子是由一个质子和一个电子构成的，所以氢原子几乎也是不衰变的。质子为什么不可以衰变成夸克和胶子，胶子为什么不可以坍缩成为虚空？物理学界暂时还没有正面提出过这些问题。或许夸克禁闭理论就是答案。因受到禁锢，基本粒子不能再向更低能级的虚空跃迁，使粒子和虚空这两个能级之间产生了一定的隔阂。虚空中激发出的虚粒子对，必须要有另外的能量输入，才可以辐射出实粒子；而实粒子要再回到虚空中去可能要吸收巨大的能量，比如宇宙大爆炸的能量或许就可以使费米子、玻色子等基本粒子转化为纯能量，然后再衰变成为虚空；另外一种途径是，正粒子和反粒子、物质和反物质相遇可以100%完全转化为能量，然后衰变为虚空。如果说夸克、胶子是被禁锢在一起了，可光子是自由的，自由的光子也是不衰变的。要解释光子不衰变的问题，现在也只能借鉴夸克禁闭理论。夸克是被胶子捆绑的，胶子是传递强相互作力的；光子是传递电磁力的，或许传递作用力的规范玻色子，原本的任务就是通过传递作用力来禁锢其它粒子不向虚空衰变。目前电磁力和弱核力已经统一为电弱相互作力；强核力也是有望能够被统一起来的，强力、弱力、电磁力统一之后，夸克禁闭理论就可以直接规范这种“统一力”了。那么夸克禁闭理论就可以推演成为“规范玻色子禁锢原理”：规范玻色子携带的作用力，禁锢其自身和其它基本粒子不向更低能级衰变。 量子力学预言，虚空中，也就是量子场蕴藏的能量是巨大的。据说惠勒通过计算得出虚空的能量密度约为1095g/cm3，在绝对零度仍然保持活性。虚空零点能可以激发出虚粒子，一般情况下不能形成实粒子；实粒子不能衰变为零点能，但可以吸收和释放热辐射；热辐射不能衰变为实粒子，但可以衰变为零点能。 量子虚空涨落，是由时间-能量的不确定性而导致的随机现象，偶然间获得能量激发出一对虚粒子，瞬间湮灭又释放出能量，又把偶然获得的能量归还回去，这样就不违返能量守恒定律。如果要捕获虚空中激发出来的虚粒子，就必须要有另外的能量输入进去，否则违返能量守恒定律是不可能从虚空中辐射出实粒子的。比如实验中量子干涉器的震动就是向虚空补充了能量，因而才可以辐射出光子。虚空是能量的零点，是非粒子形态的纯能量，所以是没有强力、弱力、电磁力的，而引力不是一种作用力，只是物质系统的运动现象，或者是物质系统的系统势能，所以零点能不可以自发的建立起秩序；规根据热力学第二定律，要利用虚空的能量，必须要付出额外的更多能量才可以，零点能不存在正的利用价值的。因此，基于零点能的永动机都是错的；宣称开发利用零点能的科技都是诈骗。 |
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