什麼是真空零點能?1立方釐米真空蘊藏的能量真的比整個宇宙還多?

2021-03-01 徐德文科學頻道

————【精彩文章回顧】————
還記得鬧得沸沸揚揚的不可能性驅動引擎，或者叫相對性推進器、電磁推進器（EmDdrive）等等嗎？其正式名稱大概應該叫射頻共振空腔推進器，是一種神奇的推進裝置，公然視動量守恆定律於不顧，在不噴射任何物質的情況下，可以產生推力，在真空中驅動飛船前進，因而被認為違背了科學原理，無法解釋。後來的實驗證明這種驅動裝置有可能只是因為實驗誤差或地球磁場等外部環境的影響，但科學家們仍在繼續研究中，希望找到其背後真正的原因，製造出革命性的飛行器，讓人類真正走向星際空間。其中一個猜想就認為，EmDrive可能是無意中利用了真空中的量子漲落，使用了神秘的真空零點能，產生虛粒子來推動引擎前進的。那麼什麼是真空零點能呢？

真空零點能是量子力學中描述的物理系統固有的最低能量，即使在絕對零度條件下依然存在，這種能量無法從系統中移除。

真空零點能的設想來自於海森堡的不確定性原理，即任何時刻都不能同時準確地測得粒子的動量和位置，因此即使溫度降到絕對零度，粒子依然在振動，否則它就會停下來，位置和動量就可精確測知了。

所以在量子力學中真空並不是空無的虛空，而是充滿著自發的量子漲落，不斷有虛粒子對創生和湮滅，裡面蘊藏的能量就是真空零點能。

就像一張紙，你以為它光滑平坦，白璧無瑕，但你將它放大的時候，就能看到它的凹凸有致，阡陌縱橫了。

真空零點能已經由卡西米爾效應驗證，兩塊靠得很近的金屬板之間由於特定波長的虛粒子對被排斥出去，會使金屬板之間的能量密度低於板外，從而存在一種微小的壓力，無數次試驗已經精確驗證了這個效應。

據說著名物理學家約翰·惠勒曾估算過零點能，其密度高達10^95g/cm3，這個能量已經大到我們無法想像了。

考慮到整個宇宙的粒子總數不過10^80個，換句話說，我們，我們的身體，我們周圍的一切，整個宇宙的可見物質，再加上不可見的暗物質、暗能量，所有的一切加起來，都不及你指甲蓋大小空間裡真空零點能的零頭的零頭！

真空能量如此巨大，以致有科學家指出，我們的宇宙很可能就是從一次微小的量子漲落中創生的；

而多重宇宙的觀點則認為，我們身邊無時無刻不在誕生著新的宇宙。事實上真空不是虛無，不是寧靜，真空很忙，在量子的尺度上，它忙得不可開交！

沒有什麼能量能夠和真空零點能相匹敵，或許除了上帝的力量之外。

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    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，稱為零點能（Zeropointenergy）。
  • 真空零點能
    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。 原理描述 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.
  • 零點漲落無中生有,暗藏能量真空不空
    真空不空與零點能量的概念有關聯。零點能原意指的是量子系統處於基態（絕對零度）時所擁有的能量。不過，在量子場論的語義下，零點能與真空能是一致的。零點能的概念最早出現在普朗克（Max Planck，1858 -1947）1912年發表的一篇文章中[1]，是他在重新表述他十幾年前開創的量子理論時提出的。
  • 真空中有什麼?最後一種或能終結宇宙!
    很多時候，真空被認為是什麼東西都沒有，沒有空氣，沒有水，沒有一切事物。但事實上，真空並非完全虛空，其中還可能存在十分危險的東西。在宇宙中，只有太空才是最為接近真空的狀態。直到現在，當年的中微子還在空間中傳播，據估計，每立方釐米的空間中存在大約300個中微子，這就是宇宙中微子背景輻射。不過，這種基本粒子很難被捕捉到。在上個世紀末，天文學家發現宇宙的膨脹速度正在逐漸加快。理論上，在引力的作用下，自宇宙大爆炸以來，空間的膨脹速度應該會逐漸減速。但在大約50億年前，空間卻異常地開始加速膨脹。
  • 神秘的撓場與真空零點能
    （15）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。（16）其實，早在1891年，科學家忒斯拉（NikolaTesla）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。
  • 真空宇宙會有能量存在嗎?
    許多量子系統的真空零點能已知大於零。最低能量狀態被稱為真空零點能（Zero-Point Energy）狀態。很長一段時間以來，研究宇宙的科學家都認為真空零點能（Zero-Point Energy）為零。請注意，這並不是出於任何物理原因，而是因為我們只有兩個 試圖達到它的方法，並且兩者都給出了指向除零以外的任何值的問題的答案。
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  • 真空真的是空的嗎?
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  • 宇宙中到底存不存在沒有物質的純空間,你怎麼看?
    海森堡不確定關係是我們宇宙一個基本物理定律，因此，當粒子運動速度為零時，粒子就有了固定的位置和狀態，就與這個定律相悖，因此是不存在的。一些研究量子力學的科學家還提出了真空零點能理論，認為即使在絕對零度和絕對真空，還存在「真空零點能」，或叫「量子真空」。
  • 神秘的宇宙太空為什麼是真空？
    真空概念何謂真空？普通人的理解，真空的意思就是沒有一點空氣的空間，是真正空了；理論上真空的意思就是沒有任何實物質的空間，並不是沒有空間和什麼也不是的意思，是真正的空間的意思；而在現代科學研究上認為真空並不空，真空裡面充滿了虛粒子和能量，也不是什麼也沒有的意思。
  • 進入真空:真空有多重?那裡有什麼?
    圖源：unsplas在我們的宇宙中，「虛無」是不存在的，是我們無法體驗的東西。即使是空無一物的空間，宇宙最遙遠的地方，也有能量。我們能意識到的只有真空，也就是我們所了解的任何粒子或場的缺失。然而，真空是有能量的。
  • 特斯拉堅信可從真空中提取能量,暗能量的存在證實了他的猜想
    定義中的第一句話說「能量不能憑空產生」，而當今的量子力學告訴我們，真空並不是「空」的，而是充斥著各種活動。這就產生了一個相當誘人的、又具有爭議的問題：「零點能」是否真的存在？從虛無之中可以獲取能量嗎？對這個問題持肯定態度的人物之一是20世紀的科學怪才、著名科學家尼古拉·特斯拉，他明確支持「零點能」，即真空可能擁有無法計數的能量。
  • 「真空」究竟是什麼,裡面有什麼?
    我們能意識到的只有真空，也就是我們所了解的任何粒子或場的缺失。然而，真空是有能量的。    海森堡的測不準原理告訴我們時間與真空是彼此的對偶。對事件的衡量更確定，對能量的把握就更不確定，反之亦然。因此，真空區域的能量不可能為零，因為零是一個精確值。    的確，雖然真空中的電場和磁場平均值為零，但它們的平方和——能量，不為零。
  • 一立方釐米物質將達4萬億億噸,那麼整個宇宙變成黑洞呢?
    通常天體內部的物質密度要比外面的物質密度大一些，比如中子星，中子星表面的物質密度大概是每立方釐米一億噸，然而在中子星的內部，密度可能達到了每立方釐米一百億噸，所以黑洞很可能也是不一樣的，很多科學家認為黑洞內部有一個奇點，那個起點才是黑洞中物質和能量的聚集之地，會佔有整個黑洞質量的絕大部分，所以在黑洞的視界內部，其密度是不可能平均的。