周一 · 知古通今|周二 · 牧夫?qū)?/p>

周三 · 風(fēng)月同天|周四 · 觀測指南

周五 · 深空探測|周六 · 茶余星話|周日 · 太空探索

原作：Paul Sutter

翻譯：張雨荷

編排：喻思敏

后臺：李子琦

https://www.space.com/astronomy/theres-an-infinite-amount-of-energy-locked-in-the-vacuum-of-space-time-could-we-ever-use-it

宇宙中無窮無盡的能量似乎無法被提取。

圖片來源：Yuga Kurita, Getty Images

宇宙中似乎蘊(yùn)藏著無限的能量，那么我們能不能將這些能量轉(zhuǎn)化為有用的資源呢？

真空能量的概念源自量子場論，這是量子力學(xué)與愛因斯坦的狹義相對論相結(jié)合的理論。在量子場論中，粒子并非我們通常所理解的那樣。相反，它們更準(zhǔn)確地說是場，場是跨越所有時空的量子實體。當(dāng)場中某個局部區(qū)域獲得足夠的能量并開始運(yùn)動時，我們將其識別為粒子。但真正的基本對象是場本身。

在量子力學(xué)中，任何系統(tǒng)都有一組確定的能級，就像原子中電子在軌道上的能量狀態(tài)一樣。類似的，量子場在空間中每一點(diǎn)上也對應(yīng)有能量。任何有限的體積空間，例如一個空盒子，都包含無限數(shù)量的幾何點(diǎn)，因此這意味著該體積中存在無限的能量。

即使這些場處于最低可能的能量狀態(tài)，也就是所謂的零點(diǎn)能態(tài)或基態(tài)時，這種能量仍然存在。在這個狀態(tài)下，沒有額外的能量輸入、沒有額外的振動，也沒有額外的激發(fā)——它就是最低的能量狀態(tài)，再低就沒有了。但由于量子力學(xué)的基本不確定性，即使是這個基態(tài)也具有相應(yīng)的能量，因此，真空中的能量依舊是無限的。

但問題是，我們無法從真空中提取這些能量，并將其用于做功。這是因為：不管真空能量的實際數(shù)值是多少，它代表的是整個宇宙可能達(dá)到的最低能量狀態(tài)。而要做功，就必須把能量從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)。但即使你能以某種方式從真空中“抽”出能量，它也沒有地方存放，因為無論你做什么，你仍然被真空包圍。這就像從一口干涸的井底抽水，已經(jīng)沒有什么可以提供給你了。

如果大量的能量被鎖定在時空真空中會怎樣？

圖片來源：Shutterstock

另一種與場的描述相符的理解方式是通過海森堡不確定性原理。該原理指出，你永遠(yuǎn)無法同時精確地知道粒子的能量以及它存在的持續(xù)時間。這意味著，在宇宙的基態(tài)或零點(diǎn)態(tài)，粒子可以暫時出現(xiàn)，從真空中“借用”能量，只要它們在足夠短的時間內(nèi)消失，就能將能量返還。

但如果你試圖取出其中一個粒子并讓它永久存在，這將違反海森堡不確定性原理，因為你從基態(tài)借用了能量，而沒有及時歸還。

這些粒子被稱為虛粒子，它們是彌漫在時空中的各種量子場的基本能量的體現(xiàn)。

歸根結(jié)底，無論零點(diǎn)能量是多少，它始終是宇宙中各種物理現(xiàn)象賴以運(yùn)行的背景。正如你無法到達(dá)一棟沒有地下室的建筑物底層以下一樣，你也無法到達(dá)宇宙基態(tài)以下——所以沒有任何能量可供你提取，也就無法將其轉(zhuǎn)化為任何可用的能量應(yīng)用。

因此，不幸的是，宇宙中的一切工作仍然得靠“老辦法”來完成：通過我們已知的能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換機(jī)制，而無法從虛空中“榨出”神奇的能量。

責(zé)任編輯：陳瑋菁

牧夫新媒體編輯部

謝謝閱讀

『天文濕刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

真實色彩的土衛(wèi)二
影像提供: NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini Imaging Team