科学家找到超级能源,取用不尽,实验证实是人类突破大过滤器希望

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  根据狭义相对论的质能互换方程,E等于MC的平方,质量和能量是可以相互转换的。我们人类获取的食物,就是植物通过光合作用把太阳的光能转换成食品中蕴含的化学能。

  

  随着袁隆平同学让我们吃的越来越饱,人类对能源的索取和渴望越来越无节制。以煤炭、石油为能源的化石能利用,急剧扩大。虽然世界的煤炭储量很多,但是由于大量烧煤产生的温室效应,会加剧全球气候变暖。

  所以寻找清洁的替代能源,是人类长期发展中的重要问题。

  》狄拉克预言的虚粒子海洋,蕴含巨大能量。

  

  大家都知道狄拉克是著名的量子物理学家,也是量子物理学的奠基人之一。量子力学的方程里经常会解出负能量态(具体的说是电子的负能量态)。我们知道量子有自动的从高能量态向低能量态转移的趋势,假如出现负能量态,那么就必须有电子向负能量态转移的过程中释放出能量,而且理论上讲负能量态可以到负的无穷大。

  

  》这就变成了一个问题:一个小球在无限向下延伸的楼梯上会发生什么?

  当然是顺着楼梯不停的往下掉啦。对应在现实中粒子的世界,这就意味着电子会不停的向负能态转移,不停的释放出能量,而变成永动机。

  但是实际上这种事情并没有发生。所以狄拉克同学对这种情况的经典解释:所有的负能级都已经被填满了。这些填满了负能量级的粒子构成了真空中虚粒子的海洋,在正常的情况下,它们总的表现是一个基态为0的能量态。只是在额外有能量激发的时候,会飞出一个电子(现在已经可以做到用能量在真空中激发光子),然后留下一个带正电的电子空穴。

  狄拉克同学的这一经典解释,同时预言了正电子的存在。1932年,物理学家安德森发现了正电子,证实了狄拉克同学的理论。

  为了纪念狄拉克同学的贡献,在真空中的虚粒子海洋被命名为狄拉克海。

  

  现在很多科幻小说中都利用狄拉克海提取能源。狄拉克同学简直就是人类能源的大救星,再加上科幻小说素材的创造者。

  在科幻背景的游戏《崩坏三》里,就有利用真空能作为永动机的剧情。

  》万物波动,永不停止。

  根据量子力学测不准原理,粒子的动量和位置是不能同时确定的。当然测不准的说法可能是比较通俗,不是完全准确。其实粒子的波动性和粒子性是一个硬币的两个面,根据量子力学描述的法则,我们只能选择一次看其中的一个面。基本粒子的波动性和粒子性是同时存在的,只是在人类的观测上不能同时看到。

  根据这一原理,即使把基本粒子冷却到绝对零度,它们仍然会震动。

  绝对真空的温度,就是绝对零度,真空里的虚粒子仍然在不停的震动,这就是所谓的真空零点能。

  

  物理学家卡西米尔,在真空中,用两个靠的很近的平板做实验,精确的证明了这个能量的存在。

  》这个能量实在是大的惊人,比全宇宙中所有可见物质的含能量都多。

  科学家慧勒(此人发明了“黑洞”这个称呼)计算出真空能的含能量是每立方米10的95次方焦耳。

  实际上,这个能量可能会远远超过计算值,根据集合论的观点和量子力学的基本假设~能量是一份一份的,在任何一个有限区域,能量和整个宇宙真空中含能量是一样的,就像任何一个有限长度的线段上的点的数目是一样多。

  

  整个宇宙大爆炸的时候蕴含的总能量可能与之相当。这些能量一部分产生了可见物质,一部分产生暗物质,另外一部分产生了暗能量。这些能量的大小违反直觉,但并不违反最严格的数学法则~集合论。

  真空是虚粒子的海洋,其中蕴含的虚粒子个数是无穷个。虚粒子的数目与整个由1、2、3、4、5以及到无穷大的自然数构成的集合是等势,都是属于无穷可数集。而所有的无穷可数集都是等势的。

  所以我们也可以认为,一立方米真空的虚粒子个数和全宇宙真空中的虚粒子个数是相等的。

  而真空能是因为虚粒子涨落而存在的,所以可以认为宇宙空间一个局部的含能量和整个宇宙空间的含能量是相等的。

  

  这也说明,如果有一个超级智慧存在,可以在宇宙中任何一个局部提取全宇宙的能量。

  》化石能源终将枯竭,人类越来越接近能量利用的极限瓶颈。

  比如说石油还能够用50~100来年,煤炭还能够用1000来年。

  除了裂变能以外,人类在聚变能的研究上举步维艰。但是就算我们获得聚变能,也是有限的。

  使用托卡马克装置产生聚变能,也只能把物质的0.7%转变为能量。而且还必须消耗反应装置启动以及在反应过程中维持的能量。

  

  》对于能源问题的严肃思考,让很多科学家提出了自己的见解,最著名的就是弗里曼戴森提出的戴森球计划。

  想必关于戴森球大家都很熟悉。就是用太阳能电池板之类的,把整个太阳一个天文单位的周围完全包起来。

  这里有两种建设方法,一种是建造一个完全固定的刚体,但是这会遇到材料强度上巨大的挑战,以及结构问题。

  

  还有一种方法就是制造围绕太阳的巨大的环形阵列~戴森环,这些环形阵列彼此围绕太阳旋转。但是这样做,1是要浪费材料,2是在不同层次上旋转的环会相互遮挡。

  而且建造这样的巨大的结构,把水星、金星、火星全部拆光了,可能材料都不够。

  而且佛里曼戴森同学还有一个最大的问题没有考虑过:把这些材料分散到引力场的各个部分需要在引力场中对材料做功,而万有引力场是一种保守场,做功的大小,只和材料质量、位置有关,和过程无关。也就是说戴森同学如果要建他的戴森球,他一点也偷不得懒,他必须克服这种巨大的引力势能。

  那么这种引力势能到底有多大呢?告诉诸位:大的不得了。

  

  在量子物理学发现核聚变之前。太阳发光的能量来源最主流的说法就是引力势能收缩:如果太阳直径每收缩36米,释放出来的能量就能让太阳发光一年。

  虽然这种引力势能发光学说被原子聚变能学说所替代。但是也从一个侧面可以反映出引力势能是极其强大的。就算我们把戴森同学所要建造戴森球的全部材料准备好,建成一个戴森球所需要消耗的能量也需要用尽太阳几万年乃至几十万年所发出的能量。

  总的来说,戴森球或者是戴森环,是极其不靠谱的。

  

  如果人类能够成功利用托卡马克装置开发出聚变能,在太阳系内生活和生存是没有问题,但是进行星际旅行和移民,仍然可望不可及。所以,对人类能源问题的终极解决方案是零点真空能的提取。这才是真正的取之不尽,用之不竭的能源。

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