德国物理学家维尔纳·海森堡发表于 1927 年的海森堡不确定性原理声称,不可能存在完美的真空。当时,这一原理得到了其他理论物理学家的支持。他们认为,空无一物的空间应该包含一种奇特的能量。当时,即使理论上说,每立方厘米空的空间应该包含的能量,比宇宙中每一个即将被制成原子弹的原子所包含的要大,但在当时,没有人能够找到任何能量的蛛丝马迹。
这很难一下子说清楚,不过,最终,海森堡的观点被证明是正确的。实验证据表明,像电子及其反物质正电子这样的“虚粒子”,无时无刻,无论在任何地方,都会噼噼啪啪地从虚无中突然冒出来。每个粒子通常只存在一万亿分之一的十亿分之一秒,然后就消失了。如果一个虚拟粒子可以从周围存在的能量场借用一些能量的话,它就可以永远存在。因此,看似空荡荡的宇宙实则挤满了生机勃勃的、倏忽而逝的粒子,它们就像在滚烫的烤盘上跳动的跳蚤。
物理学家现在认为,这个潜在的“真空能量”(vacuum energy)不仅仅是无处不在的,而且产生的力也是相当巨大的。对每一小块看似空无一物的空间的能量的估计,存在很大的差异性。很可能蛋黄酱罐内部那么大小的空间内所包含的能量,就足以立即烤干太平洋。事实上,科学家对于这种遍及宇宙空间的能量的理解仍然处于初级阶段。对于真空能量密度的理论估算值与迄今能得到的测量值之间相差100 个数量级,这种被称为“真空灾变”(vacuum catastrophe)的差异令人非常不安。
尽管真空究竟有多大仍是未知数,但对于其存在几乎没有人怀疑。为了证明这一点,我们先来看看卡西米尔效应[]是怎么一回事。这一效应是以荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔(Hendrik Casimir)的名字命名的。卡西米尔在1948 年做了一项奇怪的预测。他说,如果你将两片金属平板平行悬挂起来,让它们彼此非常靠近,那么你会限制这两块金属板之间的真空力(vacuum power),因为能量波需要一定的施展空间。这就是为什么在狭窄的海湾没有海浪的原因,也是当你凝视微波炉时,为什么你的眼睛不会被灼伤的原因。微波波长太大,不能穿过微波炉门上金属网格中的小洞。所以,两块金属板之间的狭窄空隙限制了虚拟粒子获得的波长。但两块金属板之外的量子能量没有变化,这促使两块板贴合在一起。
是的,这真的会发生。卡西米尔效应是真实存在的。当我们把两块金属板分开悬挂,距离是一个原子宽度的100 倍时,两块金属板并不会保持不动,相反,它们会不由自主地向对方移动,最后以每平方厘米1 千克的吸引力贴合在一起。距离移近两倍,吸引力会增加16 倍。空间里有某种东西产生了一股强大的力量。
一些梦想家希望利用真空能量给这个世界提供无限的免费能源,也就是“无中生有”的能源。但有一个问题。这种能量在各处均等地存在,所以我们感受不到它,也检测不到它。能量只从能量大的地方向能量小的地方流动,就像热量只流向热量少的地方一样。所以你应如何设置条件,才能让一个空间区域的能量比别的区域少呢?你怎么才能让这种能量流向你,从而控制它,让它创造出无限的免费能量呢?
我们能得到的最接近的条件是,当温度降低到绝对零度即摄氏零下273.15 度时,所有的分子运动都趋于停止。那时,也只有在那时,才能展现出这种无处不在的能量。因而,这种能量也被称为零点能量(zero-point energy)。
有证据表明,这种隐藏的能量在那时才展示出自身的特征。在绝对零度,氦无法仍然保持液态,会变成固态。在温度降到绝对零度的过程中,如果氦不能得到一点点防止其凝成固体的能量的话,就无法继续保持其原来的液体的状态,一定会凝成固态(无论有多冷,能量是唯一使物质不会冻结的因素)。所以,当所有其他能量都不在场时,零点能量显现出来。如果想让这无限的量子泡沫能量流向你,你必须创建出低于绝对零度的条件。这意味着你就要使原子移动的速度慢于“停止”。
让原子移动的速度比“停止”还慢?面对这个问题,再富于哲思的希腊人也会无能为力。如果解决了这个问题,宇宙的能量就都归你了。与此同时,我们必须搞清楚以下这点:充满宇宙空间的能量是如此之巨,与之相比,我们周围微弱的光波和电场似乎只不过是懦弱的觊觎者——这意味着,隐藏在意识和生命之后的“自我”本身, 这一构成所有万物这一存在的要件,这一被隔离在基体、前景、我们人类全部的经历之外的虚空,实际上是一个难以想象的强大实体。
宇宙的能量已经超出了预期的规模,潜力无限。我们在视觉上看不到、身体上也感觉不到的任何东西,意味着什么也不是。我们内置的感官系统是为了让我们感知日常生活中有用的东西。如果是去感知渗透到现实里每一个缝隙中的超能量,又有何用处呢?
所以,我们最好改变一下思考宇宙的方式,把可以看见的对象仅仅视作漂浮物,它们借助更为强大的潜在的真空能量显现出来。真空能量往往被忽视,只不过是因为我们在视觉上感知不到它。以这种不同的思维方式,我们能感知到一个基本的统一体、而不是被空间分隔开的单个实体吗?在任何情况下,我们的思维都限定在颜色、形状及功用的界限内,难道我们没有意识到,这阻碍了我们对事物的认知吗?所以,空间到底是真实存在,还是纯属我们的知觉呢?
让我们总结一下。首先我们要记住,不久前我们还认为,实体之间的空间仅仅是空无一物的间隔。但为什么不是这样的呢?我们来详谈其中的多种原因:
1. 空的空间永远不是空无一物的。当我们把场、光子、中微子、真空能量和瞬态粒子对等囊括进来的时候,尤其如此。
2. 对象之间的距离之改变取决于众多的相对性条件,所以在任何地方,在任何对象和任何其他对象之间,都不存在不可侵犯的距离。
3. 量子理论对于相距甚远的实体是否真正完全分离开的问题,提出了严重的质疑。
4. 对象之间的间隔通常被称为空间,这只是因为语言和惯例要求我们划出对象间的界限。