基本簡介現(xiàn)代科學(xué)認為真空并不意味著一無所有，真空是由正電子和負電子旋轉(zhuǎn)波包組成的系統(tǒng)。量子真空是一個非?；钴S的空間，它充滿時隱時現(xiàn)的粒子和在零點線值上漲落的能量場。而與這種現(xiàn)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。

原理研究

原理設(shè)想

關(guān)于零點能的設(shè)想來自量子力學(xué)的一個著名概念:海森堡測不準(zhǔn)原理。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(dāng)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(zhǔn)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(tài)進行了生動的描述，把真空比喻為起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高達1095 g/cm^3。

歷史介紹

歷史沿革

1948年，荷蘭物理學(xué)家亨德里克·卡西米爾提出了一項檢測這種能量存在的方案。從理論上看，真空能量以粒子的形態(tài)出現(xiàn)，并不斷以微小的規(guī)模形成和消失。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，
但卡西米爾認為，如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起，較長的波長就會被排除出去。接著，金屬盤外的其他波就會產(chǎn)生一種往往使它們相互聚攏的力，金屬盤越靠近，兩者之間的吸引力就越強。1996 年，物理學(xué)家首次對這種所謂的卡西米爾效應(yīng)進行了測定。華盛頓大學(xué)Lamoreaux在他的學(xué)生Dev Sen協(xié)助下，對卡西米爾效應(yīng)進行了精確的測量，該測量結(jié)果與卡西米爾對這一特殊板間距及幾何構(gòu)形所預(yù)測的力相差不超過5%。Lamoreaux在他的實驗中，采用鍍金石英表面作為他的金屬板。另外一塊板固定在一個靈敏扭擺的端部。如果該板向著另外一塊板移動，則擺就會發(fā)生扭轉(zhuǎn)。一臺激光器可以以0.01微米的精度測量扭擺的扭轉(zhuǎn)。向一組壓電組件施加的一股電流使卡西米爾板移動；而另一電子反饋系統(tǒng)則抵消這一移動，使扭擺保持靜止。零點能效應(yīng)就表現(xiàn)為保持擺的位置所需的電流量的變化。Mohideen等人在加州理工學(xué)院作的實驗中，在0.1到0.9μm的范圍內(nèi)，用原子力顯微鏡對卡西米爾力進行的測量結(jié)果，與理論值相差不到1%。

冷核聚變

1989年3月，弗雷希曼和龐斯在美國宣布他們用鈀電極在常溫下電解重水，觀察到了異常的熱量輸出和少量的中子。該現(xiàn)象一經(jīng)公布就在全世界范圍內(nèi)引起了一場軒然大波。由于當(dāng)時的實驗用的是重水又是在常溫下，人們就把這種現(xiàn)象稱之為“冷核聚變”。 傳統(tǒng)核物理理論認為，只有在非常高的溫度和壓強下，克服庫侖勢壘才能發(fā)生氘核聚變，像常溫常電壓下的電解過程是不可能發(fā)生核反應(yīng)的。而且若認為過熱是由核反應(yīng)引起的，就應(yīng)該觀察到大量的中子和γ射線，而實驗中卻未觀察到。加之，一些實驗室也聲稱重復(fù)實驗中未能觀察到弗雷希曼和龐斯所宣布的現(xiàn)象。人們開始懷疑是不是實驗中出現(xiàn)了人為的偏差，“ 冷核聚變”研究漸漸地進入低潮。

零點能的各種形式

零點能量的概念出現(xiàn)在許多場合，而對這些場合做出區(qū)分是重要的，此外尚有許多與零點能量有密切關(guān)系的概念。 在普通量子力學(xué)中，零點能量是系統(tǒng)基態(tài)所具有的能量。這樣的例子中最有名的是量子諧振子基態(tài)所具有的能量。更精準(zhǔn)地說，零點能量是此系統(tǒng)哈密頓算符的期望值。 在量子場論中，空間的織構(gòu)(fabric)可以視作是由場所組成，而場在時間與空間中各點是個量子化的簡諧振子，并且有相鄰振子的相互作用。在這情況下，空間中各點都各有的貢獻，導(dǎo)致技術(shù)上為無限大的零點能量。又一次，零點能量是哈密頓算符的期望值，但在這里，“真空期望值”這個詞匯更常使用，而能量稱為真空能量。 在量子微擾理論，有時候會說：基本粒子傳遞子(propagator)的單圈(one-loop)與多圈費曼圖貢獻，是來自于真空漲落(vacuum fluctuation)或者說來自于零點能量對于粒子質(zhì)量的貢獻。

實驗證據(jù)

要證明零點能量存在，量子場論中最簡單的實驗證據(jù)是卡西米爾效應(yīng)(Casimir effect)。此效應(yīng)是在1948年由荷蘭物理學(xué)家亨得里克·卡西米爾(Hendrik B. G. Casimir)所提出，其考慮了一對接地、電中性金屬板之間的量子化電磁場?？梢栽趦蓧K板子間量測到一個很小的力，這種力——稱之為卡西米爾力，可直接歸因于板子間電磁場的零點能量變化所造成。 卡西米爾效應(yīng)一開始被視作不易探測，因為它的效應(yīng)只能在極小距離被看到，然而此效應(yīng)在納米科技的重要性逐日增加。不僅是特殊設(shè)計的納米尺度裝置可輕易又精準(zhǔn)地測量到卡西米爾效應(yīng)，在微小裝置的設(shè)計以及制程中，此一效應(yīng)的影響也逐漸需要被考慮進去，以其會對納米裝置施加不小的力及應(yīng)力，使得裝置被彎折、扭轉(zhuǎn)、相黏和斷裂。 其他的實驗證據(jù)包括有原子或核子的光（光子）自發(fā)放射(spontaneous emission)、原子能階的蘭姆位移(Lamb shift)、電子旋磁比(gyromagnetic ratio)的異常值(anomalous value)等等。

重力與宇宙學(xué)

在物理宇宙學(xué)中，零點能量對于臆測為正值的宇宙常數(shù)提供了有意思的課題。簡單說，若此能量真的存在，則其應(yīng)當(dāng)會施以重力。在廣義相對論中，質(zhì)量與能量等價；任何一者都會產(chǎn)生重力場。 這種關(guān)系聯(lián)結(jié)其中一個最明顯的困難是真空的零點能量是大得荒謬。天真地說，它是無限大的。不過可以辯稱說：普朗克尺度下的新物理會讓它在那樣的尺度下有個截止點(cut-off)。即便如此，仍會有相當(dāng)大的零點能量使得時空有明顯的彎曲，而與現(xiàn)實相矛盾。對于此情形，至今沒有簡單的解決辦法，而將“理論上似乎相當(dāng)大的空間零點能量”，以及“觀測到宇宙常數(shù)為零或很小”這兩個情形作調(diào)和，是理論物理學(xué)中的重要問題之一，而這也變?yōu)閷τ谌f有理論候選者評比的一項標(biāo)準(zhǔn)。

推進理論

另一個零點能量研究領(lǐng)域是在于如何用它來產(chǎn)生推進。美國國家航空航天局(NASA)與英國航太公司(British Aerospace)兩個單位都有相關(guān)研究計劃，不過要做出可用的技術(shù)仍有相當(dāng)遙遠的路要走。要在此領(lǐng)域中取得任何的成功，就必須能做到對量子真空制造出斥力效應(yīng)(repulsive effect)；根據(jù)理論是可能的，而制造以及測量出這樣效應(yīng)的實驗規(guī)劃在未來要進行。 Rueda、Haisch及Puthoff三人提出了一個加速中的質(zhì)量體會與零點場相互作用，制造出一種電磁阻滯力(electromagnetic drag force)，而產(chǎn)生了“慣性”此一現(xiàn)象；細節(jié)參見隨機電動力學(xué)(stochastic electrodynamics)。

“免費能量”裝置

卡西米爾效應(yīng)使得零點能量成為一個沒有爭議、且科學(xué)界普遍接受的現(xiàn)象。然而“零點能量”一詞卻已經(jīng)與一些具有爭議性的領(lǐng)域牽扯上關(guān)系：設(shè)計與發(fā)明出所謂的“免費能量”裝置("free energy" devices)，概念上與過去永動機(perpetual motion machines)有某種程度上的相似，在發(fā)展的成功度也相類似。在外國有許多業(yè)余愛好者投入研究，宣稱有一定成果，甚至有專門討論免費能量的網(wǎng)絡(luò)論壇。這些人自創(chuàng)了一個字用來形容這類裝置，叫做OVERUNITY，是指某個裝置的輸出能量大于輸入能量。也有許多公司宣稱成功研發(fā)這類裝置。但是目前科學(xué)界似乎不接受這類發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，這類公司也被批評為詐騙集團。 相關(guān)專利 美國專利(U.S. Patent) 5590031——將電磁輻射能量轉(zhuǎn)換為電力能量的系統(tǒng) 美國專利(U.S. Patent) 6362718──不動式電磁發(fā)電機(Motionless electromagnetic generator)

前景與應(yīng)用

現(xiàn)狀

真空零點能（Zero point energy） 量子理論預(yù)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， 稱為真空零點能。對卡西米爾（Casimir）力（一種由于真空零點電磁漲落產(chǎn)生的作用力）的精確測量，證實了這一物理現(xiàn)象。 現(xiàn)代科學(xué)認為真空并不意味著一無所有，真空是由正電子和負電子旋轉(zhuǎn)波包組成的系統(tǒng)，這種過程的動態(tài)能量可以作為工業(yè)能源、未來星際航行能源以及家庭生活等諸多領(lǐng)域的能源。量子真空是一個非?；钴S的空間，它充滿時隱時現(xiàn)的粒子和在零點線值上漲落的能量場。而與這種現(xiàn)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。早在1891年，科學(xué)家忒斯拉（Nikola Tesla）在一次演講中就提到：幾個世紀之后，也許我們可以從宇宙中的任意一點提取能量來驅(qū)動我們的機械。用今天的科學(xué)語言解釋，這種能源就是真空零點能，或稱空間能、自由能等。 關(guān)于零點能的設(shè)想來自量子力學(xué)的一個著名概念:海森堡測不準(zhǔn)原理。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(dāng)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(zhǔn)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。狄拉克從量子場論對真空態(tài)進行了生動的描述，把真空比喻為起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高達1095 g/cm^3。 1948年，荷蘭物理學(xué)家亨德里克·卡西米爾提出了一項檢測這種能量存在的方案。從理論上看，真空能量以粒子的形態(tài)出現(xiàn)，并不斷以微小的規(guī)模形成和消失。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，但卡西米爾認為，如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起，較長的波長就會被排除出去。接著，金屬盤外的其他波就會產(chǎn)生一種往往使它們相互聚攏的力，金屬盤越靠近，兩者之間的吸引力就越強。1996 年，物理學(xué)家首次對這種所謂的卡西米爾效應(yīng)進行了測定。華盛頓大學(xué)Lamoreaux在他的學(xué)生Dev Sen協(xié)助下，對卡西米爾效應(yīng)進行了精確的測量，該測量結(jié)果與卡西米爾對這一特殊板間距及幾何構(gòu)形所預(yù)測的力相差不超過5%。Lamoreaux在他的實驗中，采用鍍金石英表面作為他的金屬板。另外一塊板固定在一個靈敏扭擺的端部。如果該板向著另外一塊板移動，則擺就會發(fā)生扭轉(zhuǎn)。一臺激光器可以以0.01微米的精度測量扭擺的扭轉(zhuǎn)。向一組壓電組件施加的一股電流使卡西米爾板移動；而另一電子反饋系統(tǒng)則抵消這一移動，使扭擺保持靜止。零點能效應(yīng)就表現(xiàn)為保持擺的位置所需的電流量的變化。Mohideen等人在加州理工學(xué)院作的實驗中，在0.1到0.9μm的范圍內(nèi)，用原子力顯微鏡對卡西米爾力進行的測量結(jié)果，與理論值相差不到1%。 如果零點能可以提取，無疑將是人類所能夠利用的最佳能源了。它是潔凈，廉價的能源，是大自然給予人類的“免費的午餐”。宇宙中所有的物質(zhì)都來源于零點電磁漲落能，我們身上的每一個物質(zhì)粒子不停地與真空零點能發(fā)生能量交換，也就是，沒有任何一個物理體系稱得上是孤立體系的。根據(jù)物理真空的性質(zhì)，我們可以從空間任何一點提取零點能，并轉(zhuǎn)換成我們所需要的能量形式。原子中電子繞核轉(zhuǎn)；太陽系中，行星繞太陽轉(zhuǎn)，幾十億年永不停息；超導(dǎo)和超流現(xiàn)象，這些都是大自然給我們的關(guān)于能源的啟示。

前景

如果零點能可以提取，無疑將是人類所能夠利用的最佳能源了。它是潔凈，廉價的能源，是大自然給予人類的“免費的午餐”。宇宙中所有的物質(zhì)都來源于零點電磁漲落能，我們身上的每一個物質(zhì)粒子不停地與真空零點能發(fā)生能量交換，也就是，沒有任何一個物理體系稱得上是孤立體系的。根據(jù)物理真空的性質(zhì)，我們可以從空間任何一點提取零點能，并轉(zhuǎn)換成我們所需要的能量形式。原子中電子繞核轉(zhuǎn)；太陽系中，行星繞太陽轉(zhuǎn)，幾十億年永不停息；超導(dǎo)和超流現(xiàn)象，這些都是大自然給我們的關(guān)于能源的啟示。 十幾年來對真理執(zhí)著追求的科技工作者沒有放棄這項研究。進一步的研究發(fā)現(xiàn)：即使用普通的碳電極在輕水以及輝光放電等其他裝置中也能觀察到“冷核聚變”現(xiàn)象。國際權(quán)威刊物《科學(xué)》雜志于1998年6月載文稱：對冷核聚變不懷疑下列事實，多數(shù)裝置產(chǎn)生異常能量輸出，有些已投入市場，有些已取得專利。美國核科學(xué)協(xié)會已于1998年將電化學(xué)低能核反應(yīng)列入了年會的正式討論內(nèi)容。由于“冷核聚變”與人類的能源問題密切相關(guān)，日本、意大利、法國等資源匱乏的國家已投巨資資助“冷核聚變”類型的研究。但是，目前困擾科學(xué)家們的問題是如何解釋這些異常現(xiàn)象。由于當(dāng)初的實驗用的是重水和鈀電極，這很容易給人以錯覺，認為這種電化學(xué)異?，F(xiàn)象就是核現(xiàn)象。因此大部分研究者都在尋求“冷核聚變”的核解釋，但在理論上遇到了強大的阻力，進展甚微。另一方面大多數(shù)的理論解釋認為“冷核聚變” 是一種體效應(yīng)，沒有分析電極微觀結(jié)構(gòu)的作用。北京航空航天大學(xué)的江興流教授基于實驗結(jié)果，以電極的尖端效應(yīng)為突破口，分析了電化學(xué)異?，F(xiàn)象。江興流科研組在電解實驗中，觀察到在電極附近有高度定向的核反應(yīng)，以及過熱、核嬗變、滯后效應(yīng)（HeatafterDeath）。經(jīng)過不斷的探索總結(jié)出：氣體放電、真空擊穿及液體中的放電（電解）現(xiàn)象，有著共同的物理規(guī)律：由于電解過程中電極表面尖端效應(yīng)產(chǎn)生的聚能過程，在電極表面局部產(chǎn)生氣泡和渦旋運動，氣泡的產(chǎn)生和坍塌過程將發(fā)生動態(tài)卡西米爾效應(yīng)而提取零點能并以熱能的方式釋放出來；同時渦旋運動與零點能形成撓場相干而提取零點能，一方面釋放熱能，另一方面形成類星體渦旋結(jié)構(gòu)，在渦旋中心產(chǎn)生高能射線、中子和高能粒子，并伴有高度定向的核反應(yīng)?？梢婋姌O表面尖端處形成遠離平衡態(tài)的非線性體系，滿足一定的條件就會形成自組織的正反饋渦旋，通過撓場機制提取零點能。從而可以看出“冷核聚變”中的“過熱”，在考慮零點能的提取后不應(yīng)再被視為過熱，因為此時它并不違反能量守恒定律。而且，既然“冷核聚變”過程中主要發(fā)生的不是核反應(yīng)，冷核聚變這個詞就已經(jīng)不再適用了，它僅僅是一個代名詞。 江興流教授認為關(guān)于“冷核聚變”研究應(yīng)該將注意力轉(zhuǎn)移到提取零點能和撓場機制上面來。零點能即物理真空能，它是不確定性原理所要求的最小能量。真空能是開放非線性系統(tǒng)的混沌表現(xiàn)，來源于四維空間的電磁流的三維表現(xiàn)，它可扭曲我們的三維空間，從而改變時空度規(guī)?；劾沼嬎懔泓c能的密度為1095g/cm3，也就是說它是一個無比巨大的能源。由真空零點能而帶來的可以直接從實驗觀測的物理結(jié)果是卡西米爾效應(yīng)。撓場理論最初源于愛因斯坦———康頓理論，在廣義相對論中，若要考慮物質(zhì)自旋的作用，需引入非對稱的聯(lián)絡(luò)，即撓率不為零的情況就會導(dǎo)出撓場的存在，撓場的能量來源是零點能。眾所周知，基本粒子的“電荷”對應(yīng)于電磁場，“質(zhì)量”對應(yīng)于引力場，那也應(yīng)有對應(yīng)于“自旋”的撓場存在。撓場有許多獨特的性質(zhì)：它只改變物質(zhì)的自旋性質(zhì)；類似于引力場的高穿透性；滯后效應(yīng)；軸向加速效應(yīng)。用撓場機制我們就可解釋電化學(xué)異?，F(xiàn)象中的過熱、核嬗變、滯后放熱等效應(yīng)。 研究“冷核聚變”的意義已經(jīng)不限于其本身，它使我們意識到一個新的巨大的能源———真空能的存在。我們可以通過高能粒子的對撞激發(fā)真空，也可以通過電化學(xué)、渦旋等過程激發(fā)真空而提取零點能。而且后面所屬的過程并不十分復(fù)雜，這一點可以通過美國的許多效率大于一的專利看出。這就是說大規(guī)模提取零點能具有很大的可行性。 然而一項創(chuàng)新的實現(xiàn)，總是要受到來自各方面的阻力，一方面我們在這個領(lǐng)域的理論和實驗研究還不夠成熟；另一方面由于真空能這種新能源的廣泛應(yīng)用必然引起世界能源結(jié)構(gòu)的巨大變革，對世界經(jīng)濟格局乃至政治格局都將產(chǎn)生深重影響，傳統(tǒng)勢力會從學(xué)術(shù)和經(jīng)濟兩方面阻撓新能源研究的發(fā)展。 新能源———真空能的大規(guī)模利用為人類描繪了一個美好的未來：由于零點能十分巨大，加上它的利用過程高效且清潔無污染，它的大規(guī)模利用將解決目前世界所面臨的能源短缺、環(huán)境污染、干旱、溫室效應(yīng)等生態(tài)環(huán)境問題。 不難看出，新能源———真空能的利用是一項具有巨大戰(zhàn)略意義的創(chuàng)新工程。而我國目前在這個領(lǐng)域的研究才剛剛起步，社會各方面應(yīng)給與足夠的關(guān)注和支持，國家應(yīng)不失時機地從系統(tǒng)工程的高度加強這方面的領(lǐng)導(dǎo)工作，以期在國家綜合實力競爭中處于優(yōu)勢地位。

應(yīng)用

世界各地的科學(xué)家最近齊聚英國，研究利用“零點能推動宇宙飛船引擎的可能性，一旦成功，人類將可在太空中自由來去，而且不需要耗費任何燃料，飛行數(shù)百年之久也沒有問題。截至目前，零點能只獲得初步的驗證：在實驗中兩片金屬通過零點能的力量結(jié)合在一起，微微發(fā)熱。雖然這和推動太空船的動力相差了十萬八千里，但至少證明了利用零點能的構(gòu)想是可行的。此外，科學(xué)家認為物理學(xué)定律中的慣性、電子繞原子核運動的動力，可能也是由量子振動而來。若能想出辦法克服慣性的作用，通過原子的運動汲取能量，太空旅行將不再是夢想?？茖W(xué)家樂觀地相信，若假設(shè)正確，則5年內(nèi)就可以制造出新型火箭與人造衛(wèi)星，未來更有無盡的發(fā)展可能性。