自从学了量子力学
在物理学最新的进展中,物理学家们实现了从真空中提取能量的实验。这是一个似乎与物理规律和常识相悖的壮举。理论物理学家威廉·恩鲁(William Unruh)眼中物理学的传统认知是这样的:“你不能直接从真空中提取能量,因为那里没有什么可以提供。
”但是15年前,日本东北大学的理论物理学家堀田昌宽(Masahiro Hotta)提出,也许事实上真空可以提取出能量。
起初,许多研究人员忽视了这项工作,他们认为从真空中提取能量是不可能的。
然而,那些仔细审阅过这一想法的人意识到,堀田昌宽提出的是一个与之前认知有着细微不同的量子力学方法。
这些能量不是凭空得到的;它必须通过从遥远的空间耗散能量的方式来实现。
从这个角度来看,堀田昌宽的想法看起来不像是凭空创造能量,更像是能量从一个地方到另一个地方的转移,一个奇怪但不那么难以接受的想法。
“这个想法出乎我们的意料,”恩鲁说。
他曾与堀田昌宽合作,但没有参与过能量传送的研究。
“他发现的一个非常巧妙的结果。
”在过去的一年里,研究人员已经用两种方式实现了跨越微观距离传送能量,这证明了堀田昌宽的理论。
这些研究证明了能量传送是一种新发现的量子现象。
没有参与这项研究的量子物理学家塞斯·劳埃德( Seth Lloyd)说:“这个实验验证了堀田昌宽的理论”,他说:“这项技术的确实现了能量传输,并且实现了能量的提取。
”量子信用第一个对量子能量隐形传态展开研究的是堀田昌宽本人。
在2008年,堀田昌宽在寻找一种方法来测量量子纠缠的强度,这是一种奇特的量子力学联系。
在量子纠缠中,两个或更多的物理对象处于一个统一的量子态,它们即使相隔遥远的距离,也能产生量子关联现象。
量子纠缠的一个决定性特征是,它必须被一次性直接建立。
你不能通过对两个物体进行分别的独立的操作实现量子纠缠,即使你给另一个地方的朋友打电话,并且同时告诉他们你的操作方式也不行。
2008年,堀田昌宽提出了量子能量隐形传态协议在研究黑洞时,堀田昌宽开始思考,量子理论中的一种奇特现象——负能量——可能是测量量子纠缠的关键。
黑洞通过发射与其内部产生量子纠缠的辐射而探索,这一过程也可以被认为是黑洞吞噬了大量的负能量。
堀田昌宽指出,负能量和量子纠缠似乎是密切相关的。
为了验证他的观点,他着手证明负能量——例如量子纠缠——不可能在不同的空间通过独立的操作产生。
令堀田昌宽惊讶的是,他发现,实际上一连串简单的事件可以诱导量子真空变成负能量,并放出量子真空中似乎并不拥有的能量。
他说:“一开始我认为我搞错了”,“所以我再次计算,并检查我的逻辑。
”问题出自量子真空的独特性质,它是一种奇特的真空,但又时刻极限地接近于存在物质。
不确定性原理禁止任何量子系统进入一个能量完全为零的状态。
因此,即使是真空也必须始终存在量子场的波动。
这些永无止境的波动使每个场都具备一个最低的能量,称为零点能。
物理学家说,一个具有这种最低能量的系统处于基态。
处于基态的系统有点像停在高原城市街道上的一辆汽车。
尽管它远远高于海平面,但它的能量也不能再低了。
然而,堀田昌宽似乎已经找到了一个能量的“地下车库”。
他意识到,要打开这扇门,他只需利用量子场的波动中的内在纠缠。
不间断的真空能量波动不能用来为永动机提供动力,因为在某一特定地点的能量波动是完全随机的。
想象一下,如果你把一个奇特的量子电池连接到真空中,一半的波动会给设备充电,而另一半波动则会耗电。
但是量子场是纠缠的,一个地方的波动往往与另一个地方的波动相匹配。
2008年,堀田昌宽发表了一篇论文概述了两位“物理学家”,爱丽丝和鲍勃,如何利用量子纠缠从“鲍勃”周围的基态中提取能量。
这个计划是这样的:鲍勃发现自己需要能量,他想给那个特殊的量子电池充电,但他处于真空中。
幸运的是,他的朋友爱丽丝在一个遥远的地方有一个设备齐全的物理实验室。
爱丽丝在她的实验室里测量场,给场提供能量并了解它的波动情况。
这个实验使整个场脱离了基态,但鲍勃观察到,他的真空仍然处于最低能量状态,场仍随机波动。
但是,爱丽丝给鲍勃发消息,告知了她周围的真空的变化,主要是告诉鲍勃什么时候插上他的电池。
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