在空时的真空中锁定有一個无限量的能量。我们從來能用它吗？

By Paul Sutter published 14 hours ago

Astronomy

不幸的是你在宇宙中做的任何功將不得不被以老式的方式做。

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宇宙的能量似乎對提取是禁止入内的。(Image credit: Photo by Yuga Kurita via Getty Images)

可能有一個无限量的能量被锁定在空时的真空中。如此我们從來能馴服这种能量用于任何有用的事情吗？

真空能量的想法来自量子场论，量子场论是量子力学与爱因斯坦狭义相对论的一個结合。在量子场论中，粒子不真的是我们认为它們是的那样。相反，它们被更好代表为场，场是跨所有空间和时间的量子实体。当场的一個局部化塊获得足够的能量并开始旅行时，我们识别它为一個粒子。但真正的基本对象是场本身。

在量子力学中，任何有一组确定的能量的系统就像电子在它的圍繞一個原子核的轨道壳中能有的能量一样。類似的，量子场在空间的每个点有与它相关的能量。任何有限的体积就像一个空盒子包含无限数量的几何点，因此这意味着在这个体积中有一個无限量的能量。

甚至场处于它們的可能的最低能量状态時这发生，也被称为零点状态或基态。这是對它没有添加额外能量、没有额外振动、没有任何额外激励的不管是什麽的状态——只最低可能的基态，低于这个基态什么都没有。但由于量子力学的基本不确定性，甚至这个基态有一個与它相关的能量，因此你仍然遇到一個无限量的能量。

然而，我们不能提取出真空的能量并用它来做功。这是因为不管它的值是什麽，對宇宙它是可能的最低能量状态。要做功，你不得不将能量从一种状态转移到另一种状态。但如果你不知怎的从真空 “提取”能量，不會有來放置它的地方，因为无论你做什么，你仍然被一個真空包围。这就像从一口干涸的井底取水：没有任何東西留下來给的。

如果一个令人难以置信的能量被锁定在空时的真空會是什麽呢？(Image credit: Shutterstock)

另一种來觀察与场肖像完全兼容的方法是經由海森堡不确定性原理，该原理聲明你永远不能以完美的精度知道一個粒子的能量和它的存在的持续时间。这意味着在宇宙的基态或零点状态下，粒子能暂时的蹦入存在， “借用”來自真空能量，只要它们在一個足够短的时间來将那個能量归还消失。

如果你要拔出这些粒子中的一个并使它永恆的，那将违反海森堡不确定性原理，因为你从基态借用了能量没有及时归还它。

这些粒子被称为虚拟粒子。它们是渗透空时的量子场的所有基本能量的表现。

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底綫是无论零点能量是什么，它是宇宙的背景在它之上所有的物理学发生。就像你不能去比一個没有地下室的建筑物的底层更低一样，你不能比宇宙的基态更低——如此没有任何你來提取的東西，没有來利用那個成有用的能量应用的办法。

如此不幸的，你在宇宙中所做的任何功將不得不被以老式的方式做。