《科学大众》
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从虚无中提取能量
2008-09-30 22:24:50
能源是人类社会活动的基础，随着工业的发展，人类对能源的需求也日益增长。目前的能源绝大部分都是矿物燃料，如石油、煤和天然气等。虽说燃料资源丰富，但总有用完的一天。到时候又拿什么作为“工业的血液”呢？按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。核电燃料也只能支持几百年。近乎用之不竭的风能、水能、地热、太阳能等新型能源，因难以大规模使用，又显得杯水车薪。人类面临的能源危机日趋严重。
寻找新能源代替石油和煤炭等常规能源，成了一代代科学家的重要任务。近年来，科学家们终于找到了一种取之不尽、用之不绝的能源——真空。为什么一无所有的真空会是能源呢？首先让我们来认识一下什么是真空。
真空不空
“真空”是一个古老而常新的物理学术语。从两千多年前亚里士多德的著名论断：“自然界厌恶真空”开始，“真空”一词已经在物理学中经历了两千多年的岁月了。然而，它并没有因古老而陈旧，相反的，随着物理学的不断发展，真空的概念得到不断的演变，变得越来越新，也越来越复杂。
Ecowatts公司的首席执行官保罗-卡尔弗手持该公司开发的神奇的“热能箱”
以前，人们头脑中的真空是指什么都没有的空间。倘若一个容器内什么东西都没有，甚至连电磁场都没有，那么这个容器内部便是真空。今天我们知道，真空实际上是能量最低的物质形态，它不以粒子的形式出现，而是一种具有能量的场物质。真空像是一个不安定的“粒子海洋”，它的能量起伏不定。当某处的真空能量很大时，就会出现一些粒子或电磁波，随后（瞬间的）这里的能量又会变得很低，这些刚产生的粒子或电磁波又消失得无影无踪。早在1930年，物理学家狄拉克就预言了高能量光子的碰撞能够激发真空，使其产生电子和它的反粒子——正电子。后来物理学家们发现，只要给真空能量，它就会给你粒子和它的反粒子。利用这一原理，欧洲核子中心于2002年成功地制造了5万个反氢原子，用于研究反物质。
真空除了能够“生产”粒子以外，还具有力的效应。1948年，物理学家卡西米尔发现了两块金属板靠得很近时会自发地互相靠拢，这就是来自真空的力量。真空具有力量的现象被称为“卡西米尔效应”。一些液体的流动现象、微小零件的变形等问题都与卡西米尔效应有关。甚至，不少科学家认为，宇宙膨胀的原动力就是真空产生的。现在，真空不再是一个简单的概念了。
既然真空具有力量，那么它必然具有能量——真空能。对真空能的开发研究，只是近十多年来的事情。
万能之王
在20世纪60年代，科学家们设想在海水中提取氘（氢的同位素）作为核聚变的燃料，并且相信这是用之不完的能源。半个世纪过去了，这个设想还没来得及实现，一个新的计划又展开了：开发真空能。相对于核能，真空能具有多方面的优点：所需的技术条件宽松，成本低廉，更重要的是无须考虑“燃料”问题。真空无处不在（即使在原子内部，真空仍然是主体，电子和原子核只占了极小的部分），只要具有提取真空能的装置，无论何时何地都能获得能量。物理学家威廉•惠勒通过计算发现：真空能非常巨大，几乎是无穷的——每立方厘米的真空具有10106焦耳的能量，这相当于1096吨煤燃烧时释放的能量。这个超级天文数字一方面表明了真空能是真正的取之不尽的能源，另一方面也消除了人们生怕“挖光”真空的疑虑。
由于理论认识的滞后，真空能不容易为科学界所接受。1989年弗雷希曼和庞斯发现的“冷核聚变”一度被科学界所怀疑，虽然一开始便有人将之解释为真空能的释放现象，但是科学界还是推迟了十多年才接受这个观点。1998年，当美国宇航局首次把开发真空能作为研究项目时，当即就遭到了许多科学家的反对。直到最近10年，真空能的开发工作才为科学界所认可。今天，科学家们放出豪言：“20世纪是核能世纪，21世纪将是真空能世纪。”
在真空能的开发历程中，发明家们走在了理论家们的前头。早在20世纪80年代，一些“违反能量守恒的动力装置”就已经进入了实用阶段。那些装置大部分都是电磁装置，输入1份能量，能够获得大于1份的输出能量（多出来的能量来自真空能）。不过，因为当时的理论水平不足，很多发明者都不明白其中的原理，只是稀里糊涂地碰了个巧，说不出个所以然来。他们的专利不是被当作伪科学，就是被错误地解释了。今天，仍有诸如“造出打破能量守恒的永动机”一类的新闻。可见，公众对真空能至今还是十分陌生的。对真空能的开发利用现在还处于起步阶段。
真空能的利用，真正实现了一句话：又要马儿跑，又要马儿不吃草。现在提取真空能的装置，可以做到输入1份能量，输出20份能量了（提取了19份真空能）。真空能的提取率正日趋提高，专家预计在未来10到20年的时间内可以建造出真空能发电厂。由于真空能是低廉的、无污染的，到时候，电、煤气、石油、天然气等能源都将大幅降价，继而可以降低大部分市场产品的成本，老百姓们将受益无穷。而且，真空能的普及还可以舒缓环境问题，解决资源争夺所引发的战争问题，对于人类的持续发展，这无疑是一个福音。可以毫不夸张地说，真空能将是继普罗米修斯的火以后，人类得到的第二大礼物。
