量子真空相互作用

  量子真空相互作用
一条细线把关于量子真空的已经知道的和接受的东西同仍然还在思索和争论的东西划分开。因为当今知识还充满概念黑洞，所以我们坚信不久将出现进一步的洞察，而物理学家正在追踪这种神秘，并提出新理论和新方式来检验它们。这里，我们来考察最有希望的探索，期望（如果不是最后结论的话）它们无论如何也是一条正确的道路。
标准的知识认为真空零点场是均质的和各向同性的，这一信条从量子电动力学那里推演而来，因为它允许优美的和自洽的数学计算，所以大多数物理学家都赞成它。然而，还有其他方法来处理这一现象，比如随机电动力学，这里，真空被看作是恒定的量子涨落场。充满着涨落能量场的真空究竟是什么呢？如果真空真是这种场，那么尽管它不太简单和不太优美，但这一替代理论就将更接近真理，这将给物理学家一个暂时思考的机会。爱因斯坦说得好：要使我们的理论尽可能简单——但不是更简单。
作为物质的运动和行为方式的基础的场具有其自身的结构，这一点对物理学而言并不新鲜。爱因斯坦的相对论也假设了一种有结构的场：时空连续统。这种场与物质的真实世界相互作用，但是至少在原来的解释上，它不具有自身的实在性——它是纯粹的几何学的。最近许多物理学家已经对这一假设开始提出质疑。意大利的利卡塔和德国的雷夸特，还有其他人，提出了相对宇宙的理论，在这种宇宙中时空就不是抽象的几何，而是根植于量子真空的物理学上的一种实在的场。匈牙利物理学家 L·贾诺希(L.Jánossy)在几十年前就做了这样的开创性研究，他把著名的相对论效应（物体的速度接近光速时时钟变慢，物体的质量增长）归因于真实世界和量子真空的相互作用。当物体加速到接近光速时，物体的物质粒子与真空的力—粒子(force—particles)相互摩擦，而这一摩擦就减慢了它们的过程和增加了它们的质量。根据这一不同观点，真空不是一种抽象的几何结构 （就像爱因斯坦的时空那样），它是一种真实的物理场，并与已知宇宙的物质粒子进行相互作用。
L·伽达格(LászlóGazdag)坚持认为真空场的能量是可以观察的，实际上也是可以测量的，尽管不是在所有情况下都能这样。真空的能量场
（为简单起见，我们在此之后把它描述为真空的能量）的行为方式就像一种超流体。大家知道，超流体具有奇怪的特性，例如对极低温下的氦而言，所有阻力和摩擦都消失了，它通过狭缝和毛细管时因此就不损失任何能量。同样，物体通过该液体运动时也遇不到任何阻力 （因为电子通过它运动也没有阻力，所以超流体同时也是超导体）。这样从某种意义上说，对通过其运动的物体或电子而言，超导超流体就不在“那儿”——即它们得不到其存在的任何信息，如果电子具有测量仪器，那它们想记录或追踪 它的企图就会完全失败。
现在我们假设，量子真空相对于通过其运动的粒子而言是一种超流体，粒子和由它们构成的粒子不可能记录其存在，因为对它们来说真空是不存在。由于我们的身体和大脑由真实世界正能量粒子所构成，而这些粒子的集合体通过真空运动就好像通过超流体一样，因而我们的感觉器官，以及最敏感的仪器都不能记录我们的通过。所以我们也许会得到原谅：认为在我们和我们的世界周围不存在像能量海这样的东西。
但是真空不像无摩擦的超流体那样表现得恒定和连续，正如前苏联物
理学家 P·卡皮查(PriotrKapitza)指出的，在这样的介质中，只有那些处
于恒常准均匀运动中的物体才没有摩擦地运动。如果一个物体猛烈地加
速，就会在介质中产生涡旋，这些涡旋产生阻力，因而就影响表面。例如，
在超流体氦的涡旋中，猛烈加速的木块或纸片就带向前，很像在经典流体
中。
如果类似的效应在量子真空中出现，那么不处于恒定和准均匀运动的真实世界粒子就将被通过其运动的能量场所影响，这就会产生著名的相对论效应。它还将产生真实世界粒子的更通常的特性：惯性，引力和电磁力。
按照伽达格对爱因斯坦相对论的解释，那些著名的公式描述了超流体真空中玻色子的流动。这一玻色子流是决定时空几何结构，因而也是决定真实世界质子和电子轨迹的因素。当光和物质粒子均匀地运动时，时空是欧几里德的。但当它们加速或减速时，真空就与它们的运动相互作用，因此时空就出现弯曲。
很清楚，量子真空是宇宙的一个非常有意义的要素，即使保守的猜测也将承认，它大大超过了归结于经典理论中真空的意义。经典理论已经接受了这样的观点：基本粒子的行为方式受真空的影响，但是它没有追踪物质—能量的宏观世界与量子真空之间的相互作用。然而，在科学增长边缘上的当今研究认为，真空与宏观水平上物体的可观察的世界之间的相互作用对于我们理解实在的本质是基本的和有用的。
俄罗斯物理学家和生物物理学家小组的工作在这里有特殊的意义，A·阿基莫夫 （A.Akimov）、G·I·西普夫 （G.I.Shipov）、V·N·宾赫 （V.N.Binghi）及其合作者们提出了一个“物理学真空”的精致的理论。在他们的理论中，真空是延伸在整个宇宙中的一种真实的物理物质，它记录和传输了粒子和其他物体的踪迹。如果它被广泛的实验所证实
（这已经开始），那么这一理论将使往后许多年的物理学发生革命性变化。
尽管在概念上和数学解释上很抽象，但俄罗斯人的“物理真空的扭力场理论”的内容是简单的、基本的。该理论声称，从粒子到星系的所有物体都在创生真空中的涡旋。由粒子和其他物质物体创生的这种涡旋是信息携带者，它把物理事件准瞬时地联结起来。这些“扭力波” （torsion-wave）的群速度大约是 10⁹C 的数量级，即大约是光速的 10 亿倍。因为不 仅物理物体，而且我们头脑中的神经元都产生和接收扭力波，所以不只是“通知”相互存在的粒子 （像在著名的爱因斯坦—波多尔斯基—罗森实验中），而且人类，我们的脑，也是基于真空的“扭力场的传输—接收者”。这就对我们前面讨论过的心灵感应、遥视和远距离身体效应作了一种物理学上的解释，对更为标准的量子非局域性现象也作了这种物理学上的解释。
基于真空的信号传输—接收理论使宇宙比爱因斯坦相对论所描述的更加相互关联得多。信号从空间中的一点到另一点传输得越快，在此时间内它联结起来的粒子就越多。尽管在空间相互分离的事件之间仍没有绝对的同时性相互关联（那需要以无限速度传播的信号），但是当信号传输的速度大于光速时，它们就打开了相互作用锥，该锥把空间中的给定点与宇宙的过去和未来联结起来。这可以帮助解释宇宙的结构为什么如此均匀。
■图 7   在真空信号传播宇宙中的相互作用范围，与光速
极限宇宙中相互作用范围的比较（仅从大体上说明）
当然，信号是否真的传输得比光快还需要实验的证实。科学家已经建造了一个“扭力场发生器”，它以 60 吉赫兹运行，预计在 1999 年把它送入太空，它安装在火星探测器上。该发生器将从火星上发送扭力波到地球，如果它与光信号在相同的时候发射，那么预言扭力波将要比光早到地球整整 8 分钟。
扭力波不仅是超亮的，而且也是持久的。由旋转扭力相互作用而产生的亚稳“扭力幻影”能够甚至在不存在产生它们的物体的情况下存在。这些幻影的存在已经由在俄罗斯科学院生物化学物理研究所工作的 V·波波宁(V．Poponin)同他的小组用实验证实了。在美国的哈特曼斯研究所波波宁反复进行了实验，他把一个 DNA 分子样品放到一个温度控制好的室中并把它置于激光束下，发现该室周围的电磁场显示出一种特殊的结构，多少不等地与预期的相符。但是他也发现了，当 DNA 本身已经从受激光辐射的室移走之后好久，这一结构仍存在：在该场中 DNA 的痕迹当 DNA 不在那儿时继续存在。波波宁和他的合作者得出结论说，实验显示，一种新的场结构已经被物理学真空所驱使，这种场是非常敏感的，它能被接近于零点的能量所激励。他们宣称，幻影效应是迄今为止被忽视的真空亚结构的显现。
我们在这一章里所描述的理论确实是革命性的：它们提出要对相对论和量子论中的基本信条加以重新考虑。这些理论的世界观意义也具有同等重要的革命性。在正在出现的图景中，宇宙的真正基础在其作用过程中扮演了一个具有活力的角色。生命，甚至心灵是经典意义上称为“物质”的波包系统与作为基础的和相互关联的物理意义上的真实真空场之间的恒常相互作用的一种显现。

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