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源于:辽宁日报  2007-03-10 19:22:18
专家预言:20世纪是核能世纪,21世纪是真空能世纪人类将享有“免费午餐”

本报记者 周仲全

  真空零点能是洁净、廉价的能源,是大自然给予人类的“免费午餐”

  记者:与一般能源相比,真空能的特性有哪些?

  高歌:现代理论认为,所有的物理现象都与真空有关,而真空是巨大的能量涨落的海。真空中粒子运动是个自循环系统,零点能推动粒子运动,粒子运动产生零点能。取之不尽,用之不竭。零点能是洁净、廉价的能源,是大自然给予人类的“免费的午餐”。宇宙中所有的显物质都来源于零点电磁涨落能,我们身上的每一个物质粒子不停地与真空零点能发生能量交换,也就是说,没有任何一个物理体系称得上是孤立体系的。根据物理真空的性质,我们可以从空间任何一点提取零点能,并转换成我们所需要的能量形式。原子中电子绕核转;太阳系中,行星绕太阳转,几十亿年永不停息;超导和超流现象,这些都是大自然给我们的关于能源的启示。

  据此,我们可以探索许多未知领域,为解决能源、通讯、材料、生物医学等学科中的问题提供新思路。有人认为,21世纪是真空工程的世纪,物理学的发展趋势是伴随着对宏观宇宙和微观粒子研究的深入而深入的。研究自旋及由自旋产生的挠场的性质,利用零点能,开发零点能是21世纪科学发展的必然。为了加速零点能的相关产业的开发过程,需要科学家、发明家和投资者联手做好信息、科普、研发和产业化的工作。可以预期,率先开发洁净廉价的真空零点能能源,建立分布式的能源网点,将使我们在21世纪经济发展中成为最大的赢家。

  记者:那么,科学界是否重视这一领域?现在是否已经有成功提取零点能的事实?

  高歌:1997年,美国航空航天局主办了一个名为“突破性推进物理”的学术研讨会,重点研讨开发零点能。美国航空航天局甚至制订了详细的研究开发计划。2001年1月20日至22日,第一届国际“场推进”会议在英国召开。世界各地的科学家齐聚英国,研究“利用零点能推动宇宙飞船引擎”的可能性。一旦成功,人类将可在太空中自由来去,而且不需要耗费任何燃料,飞行数百年之久也没有问题。

  NASA(美国国家航空航天局)在1998年把真空能的研究列入NASA的研究计划。实际上,美国在1984年就制造出了提取真空能的装置,但是当时的装置大部分都是电磁装置。他们输入1份能量,获得了大于1的输出能量。从最开始的输入/输出=1/4到现在的输入/输出=1/20。真空能的利用,真正实现了一句话:又要马儿跑,又要马儿不吃草。经过计算,在一个直径50米、高200米的真空能发生装置的作用下,其产生的能量将不亚于三峡水电站,并且真空能是无污染的能源。俄罗斯圣彼得堡的科学家制造出了旋涡提取真空能机,能够达到500瓦的水平。

  这些方面的实践已有一些成功的先例。俄罗斯还研制成功了利用旋涡装置提取真空能量的取暖系统,其输出/输入功率比达到了2.54/1。2005年俄罗斯已有9家企业在生产这种供暖系统。匈牙利科学家在2006年制造成功利用真空能的发电装置,但是有一个关键问题就是:成本太高、体积太大。总的来说,目前科学界对真空能的提取和利用还处于初级科研阶段。

  所以,科学家断言:“20世纪是核能世纪,21世纪是真空能世纪。”

  记者:这是不是违反了能量守恒定律?

  高歌:如果你不把真空能算作能量,这些依靠真空能运行的装置就成了不吃草的马。如果你把真空能算作能量,你会发现它们同样严格遵守着能量守恒定律。

  真空不空,是一个巨大的能量海,蕴藏着取之不尽的能量

  记者:初看到关于真空能的资料很震惊,因为在我们印象中真空就是什么也不存在,既然有真空能,这里的真空还是传统意义上没有空气的那个“真空”吗?

  高歌:不是,现代科学研究领域的真空定义很宽泛,原子与原子之间的虚空都属于广义真空的范畴。真空是物质的一种凝聚态,真空也是一个巨大的能量海,取之不尽。随着现代物理学研究的深入,发现了夸克、电子、缪子等更小的组成物质的粒子,它们的大小不足原子的十亿分之一。在宇宙中,星球之间的距离远得要用光年来计算。物体里的原子之间的距离也是这样遥远,当电子等这些更小粒子要穿越原子之间的虚空时,就像是光在星球之间穿越一样。那么这些更小粒子间的空隙就是真空。因此,我们现代研究的真空不再仅仅限于狭义的没有空气的真空。这种真空概念是对传统的真空概念的强烈冲击。

  记者:这样的真空中会存在能量?

  高歌:在量子物理学领域中一种理论派别认为,真空是由正电子和负电子旋转波包组成的系统,这种过程的动态能量可以作为工业能源、未来星际航行能源以及家庭生活等诸多领域的能源。量子真空是一个非常活跃的空间,它充满时隐时现的粒子和在零点线值上涨落的能量场。而与这种现象伴生的能量,被称为零点能,也就是说,即使在绝对零度,这种真空活性仍然保持着。早在1891年,科学家忒斯拉(NikolaTesla)在一次演讲中就提到:几个世纪之后,也许我们可以从宇宙中的任意一点提取能量来驱动我们的机械。用今天的科学语言解释,这种能源就是真空零点能,或称空间能、自由能等。

  现代理论的一种派别认为,真空零点能起源于宇宙边界条件,或是由组成物质的带电粒子的量子涨落运动产生的。零点能推动粒子运动,粒子运动产生零点能,形成了宇宙自生的反馈模式,宇宙的所有物质对真空都是开放的,零点能的涨落可以看作是具有随机状态的经典电磁辐射模式的集合。我个人认为,真空能是暗物质能量粒子在强旋激活状态从真空中汲取并释放出的斥力能量。

  记者:为什么要强调“零点”?

  高歌:我们知道运动也好,压力也好,都是分子的热运动,这种运动杂乱无章、随机碰撞,就是说分子不是静止的。比如空气中分子运动会对地面产生压力,这就是气压。那么对于真空来说,没有分子撞击,我们就定义为绝对零度。当然,这个零度不是摄氏零度,是开氏温标中的零度,等于-273.16℃,所以真空能也叫零点能。

  记者:如何证明真空中存在能量?

  高歌:关于零点能的设想来自量子力学的一个著名概念:海森堡测不准原理。该原理指出:不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量。因此,当处于绝对零度时粒子必定仍然在振动;否则,如果粒子完全停下来,那它的动量和位置就可以同时精确地测知,而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动(零点振动)所具有的能量就是零点能。狄拉克从量子场论对真空态进行了生动的描述,把真空比喻为起伏不定的能量之海。J·Wheeler估算出真空的能量密度可高达1095g/cm3,这可是个了不起的天文数字的巨额能量。

  有人认为零点能来自各种类型的力场,包括电磁场、引力场和核力场,并可以通过几种方式表现出来。一种方式是兰姆移位,即受激原子发出的光的频率的轻微改变;另一种形式是电子和光学仪器中可记录到的一类特殊的不可避免的电平噪声。但是影响最大也最为明显的要算卡西米尔效应。1948年,荷兰物理学家卡西米尔在理论上计算出两块靠得足够近的金属板之间将会有轻微的相互吸引。原因在于金属板之间的微小距离只允许真空能量中高频电磁成分存在,其它那些较大成分则被金属板挡在外面,因而内外存在着压力差,正是这样的力使得金属板相互靠拢。这也被称为静态卡西米尔效应。尔后,许多物理学家对其进行了实验上的验证,用原子力显微镜对卡西米尔力进行的测量结果,与理论值相差不到1%。《Science》杂志曾载文称:这是一个让所有教科书都要重新改写的实验。

  我国对提取零点能研究同美、俄等国家处于同一起跑线上。江兴流教授提出的涡旋动力学提取零点能的理论在国际上拥有重要影响

  记者:对于真空零点能的研究我国处于什么水平?

  高歌:大家处在同一条起跑线上。在理论研究上,我校(北京航空航天大学)江兴流教授提出涡旋动力学提取零点能理论,在国际上拥有重要的影响。

  记者:请您简单介绍一下这方面的研究。

  高歌:真空是一切物质现象的基础。电与真空作用产生电场,质量与真空相互作用产生引力场,旋转的物质与真空作用产生挠场。我们知道,宇宙普遍规律是涡旋。如银河系在旋转着,太阳系在旋转着,电子在旋转着,微观的基本粒子也在自旋。从超导体中的涡旋点阵,到宏观的等离子体加速现象,还有电化学的点腐蚀、龙卷风、银河系、类星体、黑洞等诸多现象都存在涡旋。可以说旋涡运动是宇宙中最为普遍的运动形态,整个宇宙通过涡旋而联系在一起。通过实验发现,这种旋转将产生挠场。挠场波的速度是光速的10亿倍。俄国科学家在测量太阳黑子的时候测出来了挠场波的速度。苏联把挠场的研究作为国家最高机密,苏联解体以后,苏联科学家来到美国,西方科学家才震惊地获知这个绝密领域的研究。

  记者:挠场这一词太专业,如何理解?

  高歌:挠场理论最初源于爱因斯坦——— 康顿理论,在广义相对论中,若要考虑物质自旋的作用,需引入非对称的联络,即挠率不为零的情况就会导出挠场的存在,挠场的能量来源是零点能。众所周知,基本粒子的“电荷”对应于电磁场,“质量”对应于引力场,那也应有对应于“自旋”的挠场存在。挠场有许多独特的性质:它只改变物质的自旋性质;类似于引力场的高穿透性;滞后效应;轴向加速效应等。

  粒子和物质产生的涡旋几乎瞬间地通过挠场相互作用着。因而有人把涡旋称为宇宙的引擎,它是连接不可见能量和可见物质的桥梁。而且许多异常物理现象都与涡旋相关。人们也发现,大量的异常放能和核反应现象不能用现有的强相互作用、弱相互作用、电磁作用、引力作用这四种相互作用加以解释,需要引入挠场或自旋场。挠场效应属于新的基本相互作用,它有许多独特的性质,如:高穿透性、记忆和滞后效应、超光速传递和全息特性等,它是物理真空极化的一种表现。

  人也有挠场存在,每个人的挠场波都不相同,就像每个人的指纹都不相同一样。只要获得了人的挠场波的信息,就能够找到这个人的位置。谈恋爱中的人,孪生的兄妹,父母子女之间为什么能够进行思维传感?过去认为是脑电波,现在发现根本不是,靠的就是挠场波。

  记者:江兴流的实验成功地提取了真空能吗?

  高歌:江兴流的涡旋实验是这样的:电解水过程中,出现涡旋运动,继而产生挠场。由于氢(或氘)气泡的不断射出和离去,在电极尖端将出现周期性的瞬态变化过程。瞬变的气泡可能产生动态卡西米尔效应而吸收零点能,并以光子的形式放出,这样,通过挠场与真空的相干作用而提取能量(零点能),导致了过热和异常核现象的出现。这一理论也成功地解释了近年来颇有争议的 “冷核聚变”(《Nature》杂志2005年4月28日刊登的,美国加州大学洛杉矶分校用热电晶体在氘气的环境中,在温度变化不到30℃时产生的核聚变,这被称为“口袋中的核聚变”)的实验结果。涡旋动力学提取零点能理论也为气泡核聚变现象提供理论依据:气泡破裂的瞬态过程,产生自收缩涡旋,通过挠场相干作用提取量子真空零点能而形成高度定向的能量射束。这种微细射束,可以是光束,也可能是引起核反应的高能粒子束。从1989年至今,全世界有不少科学家克服种种困难,探索着冷核聚变这一新的物理现象,有更多可靠、可信的实验证据已表明,被称之为“冷核聚变”的这一现象的确是存在的。

  记者:您在这里所说的气泡是我们理解的传统意义上的气泡吗?

  高歌:不是。用一个简单的常识可以理解这种现象:我们在用水泵抽水时,总会发现在水泵的内壁上出现许多小坑儿,这种钢铁内壁为什么会出现这么多的小坑儿点呢?水流的阻力作用太小并不可能使钢铁出现这一现象。用涡旋理论就可以解释了。其实就是水在流动过程中产生“气泡”,这可以看做是真空能的一种存在形式,“气泡”发生“冷核聚变”,其产生的能量相当大,会在瞬间产生上千摄氏度的高温,在钢铁内壁上“炸”出小坑儿。

  涡旋动力学模型的主要论点在于:局域瞬态非平衡体系产生涡旋,而涡旋的内聚作用和极化效应,使体系内的粒子相互靠近,通过涡旋动力学与真空零点能产生挠场相干,提取真空零点能,并产生局域极化核反应和高度定向的轴向加速高能粒子。江兴流教授的这一理论成功地解释了许多异常放热和核嬗变现象,因而受到了广泛重视。刚才说的发生在水泵上的这种现象就可以理解了。

  记者:今天的采访涉及到了尖端学科和物理学的高深知识。高老师的讲解理解起来比较费劲。除了真空能外,现在科学家还在研究哪些属于尖端科技的能量?

  高歌:现在发现宇宙中存在95.6%的暗物质和暗能量,而看得见摸得着的显物质仅仅只有4.4%。与正物质对应的是反物质。2002年,欧洲核子中心成功地制造了5万个反氢原子。反质子与正质子碰撞,将产生巨额的能量。21世纪在能源方面,反物质能量也要粉墨登场。2001年,哈佛大学的一位女博士成功地把光速降低到了每秒17米。2004年在1毫秒的时间内把光速降低到了零。她的实验方法是让光穿过金属铷蒸气,最后把光速降低。当光速降低到每秒0.37米的时候,则光的推进力就会增加10亿倍。

  还有一位俄罗斯科学家做了一个关于引力方面的试验,他通过穿透超导磁盘的强电流脉冲制造出引力射线,释放出来的能量把几公里以外的靶子都打倒了。还有很多这方面的实验。

  总之,21世纪是高科技开发新能源的世纪,目前各国科学家都在研究,谁有突破性进展谁就成为赢家。

背 景

  21世纪最大的问题就是能源问题。当前,许多新能源发生装置不断出现,并能很快应用到百姓的生活中,能源革命的新时代已经到来。

  科学家们在能源问题上仍在孜孜不倦地研究。随着物理学的发展,量子理论预示,真空中蕴藏着巨大的本底能量,它在绝对零度条件下仍然存在,被称为真空零点能。科学家通过对卡西米尔力 (一种由于真空零点电磁涨落产生的作用力)的精确测量,证实了这一物理现象。随着物理真空理论和实验研究的推进,人类将会把处于“闲置”状态的真空作为一块“新油田”加以开发。若能将这种能量转换为可供人类应用的动力,等于为人类开启了一座永不枯竭的能源宝藏。

  可喜的是,目前俄罗斯、匈牙利等国的科学家已经在实践这一理论,并把部分装置试用到百姓生活中。北京航空航天大学教授江兴流通过研究提出了涡旋动力学理论提取真空能,使人们对于真空能的认识又大大前进了一步。

  这种新能源被专家称为21世纪的“免费午餐”。

  需要提醒的是,本文的“真空”和“零点”是量子物理学名词,请读者注意。

人 物 档 案

本人提供照片

  高歌 1945年生。现任北京航空航天大学 “动力工程及工程热物理”一级学科责任教授,兼“航空发动机气动热力”国防重点实验室副主任。

  在攻读硕士学位期间,完成沙丘驻涡火焰稳定器设计和研究工作,该项成果1984年获国家发明一等奖,钱学森同志称之为“一项为中国人民争气的重大发明”,现已用于我国多种军用航空发动机。1986年获国家有突出贡献专家称号;1991年获中国杰出博士称号,并荣获航空金奖及国防科工委光华特等奖。1987-1993年从事潜艇减阻降噪研究,发明潜艇减阻降噪新型流水孔,并在潜艇上应用;该项成果1992年获中国船舶工业总公司科技进步一等奖,1993年获国家发明三等奖。此外,在直升机旋翼锯齿形倾斜尾缘技术、碟型飞行器设计与研究、龙卷风加力燃烧技术、湍流基础理论研究等方面都取得了重要进展。

  1985年起至今,历任中国工程热物理学会理事、中国航空学会理事以及中国空气动力学会理事。著有“燃烧室空气动力学”一书(科学出版社出版),发表论文约50余篇。近年来研究兴趣包括:新能源的基础理论,新型动力装置研制,空天飞行器设计与研究等。