能量守恒定律被打破?解密如何从真空“借用”能量!

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在大刘的科幻小说《三体》中,无所不能的智子想必给你留下了深刻的印象。它是由三体人经过二维展开改造后的智能微观粒子,用来扰乱人类在基础物理的研究,从而封锁地球科学。智子的神奇之处不只是它可以实现超光速通信,而且就连它的能量来源方式,都让人难以置信,那就是借用真空能量。大刘用了这样一段话来描述它:智子对空间的性质了如指掌,它们能够从真空中涉取能量,在极短的时间内变成高速粒子,以接近光速的速度航行。

能量守恒定律被打破?解密如何从真空“借用”能量!

以我们的理解来看,这显然是违背了能量守恒定律,智子从真空“借”得能量,却要等到智子衰变的时候才“归还”,到那时宇宙也差不多快要灭亡了,这不就相当于获得了无限能量吗?智子的这种做法,真的能够实现吗?

能量守恒定律被打破?解密如何从真空“借用”能量!

首先说明一点,真空中并不是一无所有,我们周围的空间中,其实都蕴含着能量密度近乎无穷大的纯能量,我们称之为真空能量。

其次,在量子世界中,真空是非常活泼的,空间中不断地生成由粒子和反粒子组成的虚粒子对,它们从真空借用能量产生,又在短时间内互相湮灭归还能量。

能量守恒定律被打破?解密如何从真空“借用”能量!

因此能量守恒在量子力学中并不是绝对的,在量子力学中,能量守恒需要一个前提, 那就是测量能量的时间足够长。假如我们在比较短的时间内测量粒子的能量,我们就会发现,得到的能量真的不守恒。而且,每次测量的结果都会有所不同。根据量子力学不确定原理(测不准关系),测量的时间越短,能量的差别就越大。

小说中的智子应该就是利用这个不确定性原理从真空借用能量的。但是,真空能量为零,被借了能量之后,真空能量还是为零, 可见智子在借能量的过程中,能量不守恒了。但智子必须很快将能量还给真空,而且借的能量越多,归还的时间就越短,这样说起来, 三体中所说的“归还遥遥无期”就不成立了。

能量守恒定律被打破?解密如何从真空“借用”能量!

那么,人类是否有可能向真空借到能量制造出永动机?

这个谁也不能肯定,虽然我们都明白能量守恒定律无疑是正确的,但是如果人类被这种正确的东西禁锢了思维,不打破常规,不相信它的可能性,那么这无疑是悲哀的。

现在我们已经知道微观粒子可以向真空借到瞬时能量,然后在极短的时间归还而不打破能量守恒定律。那么我们或许可以相信,随着人类科学的进步,当掌握了不确定原理运行的机制,通过向真空借用能量制造出永动机,是能够实现的。

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