陳壯叔

在1998年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹。那么，究竟是什么東西在推動(dòng)宇宙膨脹呢？目前較為一致的看法是所謂的暗能量，也即真空空間本身具有的一種潛在的能量。自此后，科學(xué)界深入到早先哲學(xué)家談?wù)摰脑掝}，即宇宙的“有”與“無(wú)”。而今，物理學(xué)家認(rèn)為真空空間并非絕對(duì)的“無(wú)”。

早在20世紀(jì)20年代，量子論把真空視為某種東西沸騰的海洋。德國(guó)物理學(xué)家w，海森堡提出了著名的測(cè)不準(zhǔn)原理。他說(shuō)，幾對(duì)密切相關(guān)的可測(cè)物理量，它們之間的關(guān)系卻是你越多地知道其中的一個(gè)，就越少地知道另一個(gè)。

能量和時(shí)間就是這樣的一對(duì)。這意味著你無(wú)法精確地測(cè)定一個(gè)物理系統(tǒng)的能量，除非時(shí)間是完全不精確的。那就是說(shuō)，你用無(wú)限的時(shí)間去做測(cè)量，結(jié)果是永遠(yuǎn)也不能精確測(cè)出真空零能量的“無(wú)”。據(jù)量子論，即使是一個(gè)完整的真空也充滿著不停波動(dòng)的類波的場(chǎng)，涌現(xiàn)出眾多的短命粒子。它們不知在何處出現(xiàn)，繼而又消失，給真空一個(gè)明確的非零“零點(diǎn)能”。

這一量子論的真空說(shuō)明，對(duì)“無(wú)”的特性給出了新的動(dòng)力?，F(xiàn)在科學(xué)界認(rèn)為，新型的鮮活真空具有實(shí)際效應(yīng)。仔細(xì)地觀測(cè)原子運(yùn)動(dòng)，你可以看到一種被稱為蘭姆位移的微小效應(yīng)。在這一過(guò)程中，真空波動(dòng)擠壓了一個(gè)軌道上的電子，微妙地改變了它的能量，使其自發(fā)地在原子的兩個(gè)能級(jí)間跳動(dòng)，并放射出光子。

在這些真空效應(yīng)中，要數(shù)H.開歇米爾的思想最為搶眼。1948年，他跟同事彼得一起研究。彼得是丹麥的物理學(xué)家，他了解膠質(zhì)如何處于穩(wěn)態(tài)平衡。膠質(zhì)是一種混合物，在膠黏過(guò)程中，它的一種物質(zhì)進(jìn)入另一物質(zhì)，這種介質(zhì)中分子間的力會(huì)很快地散去，速度比經(jīng)典電磁力學(xué)所計(jì)算出來(lái)的更快，似乎有某種東西把組成分子拉得更緊。

開歇米爾計(jì)算指出，上述的“某種東西”可能是真空的行為。要在復(fù)雜的膠質(zhì)分子中得出真空效應(yīng)是不可能的，因此開歇米爾提出一個(gè)簡(jiǎn)單的模型系統(tǒng)，僅由兩塊平行的金屬板組成。它顯示出，可能產(chǎn)生的真空波動(dòng)正好加大了兩板間的引力。他解釋道，兩板間的空隙限制了真空波動(dòng)的波長(zhǎng)，即在空隙之外真空波動(dòng)可選擇任何波長(zhǎng)。因此，外面有更多的波，它們勢(shì)必也加在兩極之上。

這個(gè)效應(yīng)是十分微弱的，兩塊相隔10納米的板受到的壓力相當(dāng)于我們頭上空氣的壓力。如此微弱的一個(gè)貢獻(xiàn)，易被眾多其他的效應(yīng)所掩蓋，諸如兩板表面電荷間殘存的靜電引力。

因此，要相信真空效應(yīng)的存在是很困難的。耶魯大學(xué)的實(shí)驗(yàn)專家洪頓說(shuō)：“你必須知道，你正在測(cè)量的是開歇米爾力?！毖酝庵馐牵銦o(wú)法肯定它來(lái)自真空。再說(shuō)，要把兩板排成完整的平行也并非易事，而要計(jì)算預(yù)期的其他效應(yīng)，將會(huì)碰到極為復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題。

直到1996年，物理學(xué)家s，萊莫瑞克斯有了突破。他極為仔細(xì)地排除了所有其他效應(yīng)后，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)極小的殘余力，把一塊金屬板和一個(gè)球形鏡拉在一起?？磥?lái)開歇米爾效應(yīng)并非是理論家的一個(gè)白日夢(mèng)。

1955年，蘇聯(lián)物理學(xué)家E.立夫歇茲預(yù)言，真空波動(dòng)的尺度將提高周圍的溫度，而產(chǎn)生一個(gè)能覆蓋較長(zhǎng)距離的強(qiáng)烈的力。在2011年2月，萊莫瑞克斯及其同事研究后說(shuō)，這是一個(gè)確實(shí)的情況。

2011年，瑞典物理學(xué)家C.威爾遜及其研究小組，提供了一個(gè)特別奇怪的現(xiàn)象。他們宣稱，通過(guò)壓縮虛無(wú)空間就能產(chǎn)生出光。這是對(duì)開歇米爾效應(yīng)的一個(gè)新拓展。該觀點(diǎn)認(rèn)為，一個(gè)完整的真空（在物理世界中被定義為“無(wú)”）包含著潛在的能量，它能用來(lái)使物體運(yùn)動(dòng)，甚至創(chuàng)造物質(zhì)。

威爾遜說(shuō)，他們把開歇米爾效應(yīng)轉(zhuǎn)了向，即不是利用真空暴出粒子去改變環(huán)境，而是使真空的四周快速運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生光子。自開歇米爾效應(yīng)被提出以來(lái)，這個(gè)觀點(diǎn)一直處于矛盾之中，而今，真空能量的觀點(diǎn)有了一個(gè)公論的證據(jù)。

隨著有關(guān)這種效應(yīng)證據(jù)的增多，出現(xiàn)了一種想法，即利用真空能來(lái)駕馭我們的裝置。目前最為人熟知的建議，便是用它來(lái)為nano機(jī)器加力。這與原先的開歇米爾效應(yīng)稍有不同，后者的吸引效應(yīng)是把物體拉攏，而今則反其道而行之。

專家們通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的幾何形狀或材料的特性，從而限制真空波動(dòng)，使開歇米爾效應(yīng)的方向反轉(zhuǎn)，造成一個(gè)外向壓力，使兩物體相互推開。2008年，麻省理工學(xué)院的S.強(qiáng)生及其同事通過(guò)計(jì)算得出，在兩塊金屬板間襯以一系列的簡(jiǎn)單裝置，在理論上，即可在該兩板間得到斥力。最近，據(jù)哥倫比亞大學(xué)的麥斯勞夫斯基等人的研究，一種類似的效應(yīng)可在nano金屬桿上產(chǎn)生斥力區(qū)域，抬升nano金屬棒。

這種力有助于nano部件（諸如鑰匙、齒輪、軸或其他傳動(dòng)部件）運(yùn)動(dòng)而無(wú)干擾，但要把這類裝置投入使用還要待以時(shí)日。首先，這些部件必須在原子尺度上進(jìn)行拋光，因金屬表面不像我們想象中那樣光滑，而是含有類晶體結(jié)構(gòu)，這會(huì)限制真空波動(dòng)，影響開歇米爾力的尺度。為了推動(dòng)這些部件，過(guò)程極為復(fù)雜。

但隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些復(fù)雜性是可以克服的。2009年，哈佛大學(xué)的F.凱伯斯小組測(cè)量了開歇米爾斥力。他們制作了一個(gè)簡(jiǎn)單而精細(xì)的裝置：在一塊硅表面上放上溴化苯液體，并在液體中安上一根黃金懸臂，最終在懸臂上測(cè)得僅為幾十微微牛的力。但當(dāng)你打算移動(dòng)nano粒子時(shí)，還有不少障礙必須排除。因此，開歇米爾裝置進(jìn)人我們的生活并非易事。強(qiáng)生說(shuō)：“這是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，我們能制造出如此微波和靈敏的東西嗎？這同時(shí)也是一個(gè)理論問(wèn)題，一旦我們?cè)诩夹g(shù)上能付諸實(shí)施，人們是否對(duì)這類nano裝置感興趣呢？”

另一方面，在開歇米爾的計(jì)算中，他們把真空波動(dòng)解釋為弱化的某種力。若如此，那么多種同樣的弱化力都可以簡(jiǎn)單地獲得，只要在有限的時(shí)間內(nèi)把力傳送到足夠長(zhǎng)的距離上，諸如兩板相隔的幾十或幾百納米。在20世紀(jì)70年代，諾貝爾獎(jiǎng)得主、物理學(xué)家J.斯克溫格爾通過(guò)計(jì)算對(duì)這種觀點(diǎn)曾予以肯定，但他從不相信真空波動(dòng)能發(fā)展成一種量子場(chǎng)論。在斯克溫格爾看來(lái)，開歇米爾效應(yīng)正好能視為“帶電物質(zhì)的量子相互作用，而不是真空的行為”。

麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家R.賈非說(shuō)，真空闡釋之所以如此風(fēng)行，唯一的原因是其數(shù)學(xué)大為簡(jiǎn)化。他說(shuō)：“這是一種輕率的態(tài)度，人們把開歇米爾效應(yīng)視為真空波動(dòng)的證據(jù)，但沒有證據(jù)證明，真空波動(dòng)出現(xiàn)于沒有物質(zhì)的地方?！鳖愃频模渌?yīng)，諸如蘭姆位移和原子的自發(fā)放射光子，都可以描述為電荷相互作用的純結(jié)果。

若如此，其影響將比我們做好nano機(jī)器大得多。在過(guò)去20年，科學(xué)界認(rèn)識(shí)到宇宙在加速膨脹，這種現(xiàn)象被歸于一種神秘暗能量的作用，它為真空能點(diǎn)燃了新的希望?，F(xiàn)在，我們對(duì)這個(gè)暗藏著的真空能的最佳計(jì)算結(jié)果，比宇宙膨脹加速所需能量大120個(gè)數(shù)量級(jí)！這已說(shuō)不上誤差了，而是完全不相匹配，這很可能說(shuō)明我們對(duì)暗能量的本質(zhì)知之甚少。而同時(shí)。人們對(duì)開歇米爾效應(yīng)的觀測(cè)卻十分熱切，并認(rèn)為這種效應(yīng)似乎是一種決定我們宇宙命運(yùn)的能量。

按斯克溫格爾的看法，我們不可能相信真空能可以確實(shí)存在，因?yàn)槿魏纹髨D證實(shí)它存在的做法，都會(huì)把某種物質(zhì)形式引入方程。正如科學(xué)哲學(xué)家S.勞夫和H.菲克曼格爾于2001年所說(shuō)的那樣：“看來(lái)不可能做出決定，這種效應(yīng)是否出自真空本身……或者，都是測(cè)量過(guò)程中被引入的。”

威爾遜認(rèn)為，若從他的裝置中出現(xiàn)的光子也為其他研究者所證實(shí)，就足以說(shuō)明真空波動(dòng)的確實(shí)存在。同樣的，隨著我們有能力制造精致的nano機(jī)器，在未來(lái)歲月中測(cè)試開歇米爾效應(yīng)的機(jī)會(huì)也會(huì)因此增加。

虛無(wú)的本質(zhì)究竟是什么？“無(wú)”真的能出自虛無(wú)嗎？我們可能還是有必要再多問(wèn)幾遍！