能量守恆定律被打破?解密如何從真空「借用」能量!

在大劉的科幻小說《三體》中,無所不能的智子想必給你留下了深刻的印象。它是由三體人經過二維展開改造後的智能微觀粒子,用來擾亂人類在基礎物理的研究,從而封鎖地球科學。智子的神奇之處不只是它可以實現超光速通信,而且就連它的能量來源方式,都讓人難以置信,那就是借用真空能量。大劉用了這樣一段話來描述它:智子對空間的性質瞭如指掌,它們能夠從真空中涉取能量,在極短的時間內變成高速粒子,以接近光速的速度航行。

能量守恆定律被打破?解密如何從真空“借用”能量!

以我們的理解來看,這顯然是違背了能量守恆定律,智子從真空“借”得能量,卻要等到智子衰變的時候才“歸還”,到那時宇宙也差不多快要滅亡了,這不就相當於獲得了無限能量嗎?智子的這種做法,真的能夠實現嗎?

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首先說明一點,真空中並不是一無所有,我們周圍的空間中,其實都蘊含著能量密度近乎無窮大的純能量,我們稱之為真空能量。

其次,在量子世界中,真空是非常活潑的,空間中不斷地生成由粒子和反粒子組成的虛粒子對,它們從真空借用能量產生,又在短時間內互相湮滅歸還能量。

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因此能量守恆在量子力學中並不是絕對的,在量子力學中,能量守恆需要一個前提, 那就是測量能量的時間足夠長。假如我們在比較短的時間內測量粒子的能量,我們就會發現,得到的能量真的不守恆。而且,每次測量的結果都會有所不同。根據量子力學不確定原理(測不準關係),測量的時間越短,能量的差別就越大。

小說中的智子應該就是利用這個不確定性原理從真空借用能量的。但是,真空能量為零,被借了能量之後,真空能量還是為零, 可見智子在借能量的過程中,能量不守恆了。但智子必須很快將能量還給真空,而且借的能量越多,歸還的時間就越短,這樣說起來, 三體中所說的“歸還遙遙無期”就不成立了。

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那麼,人類是否有可能向真空借到能量製造出永動機?

這個誰也不能肯定,雖然我們都明白能量守恆定律無疑是正確的,但是如果人類被這種正確的東西禁錮了思維,不打破常規,不相信它的可能性,那麼這無疑是悲哀的。

現在我們已經知道微觀粒子可以向真空借到瞬時能量,然後在極短的時間歸還而不打破能量守恆定律。那麼我們或許可以相信,隨著人類科學的進步,當掌握了不確定原理運行的機制,通過向真空借用能量製造出永動機,是能夠實現的。

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