真空零点能

真空零点能

【二十世纪六十年代哈佛大学，零点计划，零点，皆有可能，能量聚合点】百科名片

理论公式

量子理论预示，真空中蕴藏着巨大的本底能量，它在绝对零度条件下仍然存在，称为真空零点能。对卡西米尔（Casimir）力（一种由于真空零点电磁涨落产生的作用力）的精确测量，证实了这一物理现象。

目录

1基本介绍基本简介

1原理研究原理设想

1原理描述

1历史介绍历史沿革

1冷核聚变

零点能的各种形式

实验证据

重力与宇宙学

推进理论

1现状

1前景

1应用

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1基本介绍基本简介

1原理研究原理设想

1原理描述

1历史介绍历史沿革

1冷核聚变

零点能的各种形式

实验证据

重力与宇宙学

推进理论

1现状

1前景

1应用

基本介绍

基本简介

现代科学认为真空并不意味着一无所有，真空是由正电子和负电子旋转波包组成的系统。量子真空是一个非常活跃的空间，它充满时隐时现的粒子和在零点线值上涨落的能量场。而与这种现象

伴生的能量，被称为零点能，也就是说，即使在绝对零度，这种真空活性仍然保持着。

正负电子图

原理研究

原理设想

关于零点能的设想来自量子力学的一个著名概念:海森堡测不准原理。该原理指出：不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量。因此，当温度降到绝对零度时粒子必定仍然在振动；否则，如果粒子完全停下来，那它的动量和位置就可以同时精确的测知，而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动（零点振动）所具有的能量就是零点能。

原理描述

狄拉克从量子场论对真空态进行了生动的描述，把真空比喻为起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高达1095 g/cm^3。

历史介绍

历史沿革

1948年，荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔提出了一项检测这种能量存在的方案。从理论上看，真空能量以粒子的形态出现，并不断以微小的规模形成和消失。在正常情况下。真空中充满着几乎各种波长的粒子，

低温下超导体产生的磁浮现象

但卡西米尔认为，如果使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起，较长的波长就会被排除出去。接着，金属盘外的其他波就会产生一种往往使它们相互聚拢的力，金属盘越靠近，两者之间的吸引力就越强。1996 年，物理学家首次对这种所谓的卡西米尔效应进行了测定。华盛顿大学Lamoreaux在他的学生Dev Sen协助下，对卡西米尔效应进行了精确的测量，该测量结果与卡西米尔对这一特殊板间距及几何构形所预测的力相差不超过5%。Lamoreaux在他的实验中，采用镀金石英表面作为他的金属板。另外一块板固定在一个灵敏扭摆的端部。如果该板向着另外一块板移动，则摆就会发生扭转。一台激光器可以以0.01微米的精度测量扭摆的扭转。向一组压电组件施加的一股电流使卡西米尔板移动；而另一电子反馈系统则抵消这一移动，使扭摆保持静止。零点能效应就表现为保持摆的位置所需的电流量的变化。Mohideen等人在加州理工学院作的实验中，在0.1到0.9μm的范围内，用原子力显微镜对卡西米尔力进行的测量结果，与理论值相差不到1%。

冷核聚变

1989年3月，弗雷希曼和庞斯在美国宣布他们用钯电极在常温下电解重水，观察到了异常的热量输出和少量的中子。该现象一经公布就在全世界范围内引起了一场轩然大波。由于当时的实验用的是重水又是在常温下，人们就把这种现象称之为“冷核聚变”。

传统核物理理论认为，只有在非常高的温度和压强下，克服库仑势垒才能发生氘核聚变，像常温常电压下的电解过程是不可能发生核反应的。而且若认为过热是由核反应引起的，就应该观察到大量的中子和γ射线，而实验中却未观察到。加之，一些实验室也声称重复实验中未能观察到弗雷希曼和庞斯所宣布的现象。人们开始怀疑是不是实验中出现了人为的偏差，“冷核聚变”研究渐渐地进入低潮。

编辑本段零点能的各种形式

零点能量的概念出现在许多场合，而对这些场合做出区分是重要的，此外尚有许多与零点能量有密切关系的概念。

在普通量子力学中，零点能量是系统基态所具有的能量。这样的例子中最有名的是量子谐振子基态所具有的能量

。更精准地说，零点能量是此系统哈密顿算符的期望值。

在量子场论中，空间的织构(fabric)可以视作是由场所组成，而场在时间与空间中各点是个量子化的简谐振子，并且有相邻振子的相互作用。在这

情况下，空间中各点都各有的贡献，导致技术上为无限大的零点能量。又一次，零点能量是哈密顿算符的期望值，但在这里，“真空期望值”这个词汇更常使用，而能量称为真空能量。在量子微扰理论，有时候会说：基本粒子传递子(propagator)的单圈(one-loop)与多圈费曼图贡献，是来自于真空涨落(vacuum fluctuation)或者说来自于零点能量对于粒子质量的贡献。

实验证据

要证明零点能量存在，量子场论中最简单的实验证据是卡西米尔效应(Casimir effect)。此效应是在1948年由荷兰物理学家亨得里克·卡西米尔(Hendrik B. G. Casimir)所提出，其考虑了一对接地、电中性金属板之间的量子化电磁场。可以在两块板子间量测到一个很小的力，这种力——称之为卡西米尔力，可直接归因于板子间电磁场的零点能量变化所造成。

卡西米尔效应一开始被视作不易探测，因为它的效应只能在极小距离被看到，然而此效应在纳米科技的重要性逐日增加。不仅是特殊设计的纳米尺度装置可轻易又精准地测量到卡西米尔效应，在微小装置的设计以及制程中，此一效应的影响也逐渐需要被考虑进去，以其会对纳米装置施加不小的力及应力，使得装置被弯折、扭转、相黏和断裂。

其他的实验证据包括有原子或核子的光（光子）自发放射(spontaneous emission)、原子能阶的兰姆位移(Lamb shift)、电子旋磁比(gyromagnetic ratio)的异常值(anomalous value)等等。

重力与宇宙学

在物理宇宙学中，零点能量对于臆测为正值的宇宙常数提供了有意思的课题。简单说，若此能量真的存在，则其应当会施以重力。在广义相对论中，质量与能量等价；任何一者都会产生重力场。

这种关系联结其中一个最明显的困难是真空的零点能量是大得荒谬。天真地说，它是无限大的。不过可以辩称说：普朗克尺度下的新物理会让它在那样的尺度下有个截止点(cut-off)。即便如此，仍会有相当大的零点能量使得时空有明显的弯曲，而与现实相矛盾。对于此情形，至今没有简单的解决办法，而将“理论上似乎相当大的空间零点能量”，以及“观测到宇宙常数为零或很小”这两个情形作调和，是理论物理学中的重要问题之一，而这也变为对于万有理论候选者评比的一项标准。

推进理论

另一个零点能量研究领域是在于如何用它来产生推进。美国国家航空