人类迷失的宇宙终极守恒定律

负量守恒原理（简称量恒原理）是一尚未被人类认知的宇宙终极守恒定律。掌握这一原理将使人类在能源利用上彻底摆脱目前的窘迫处境，大幅度地提高热机的效率，并最终获得随处可得的无尽能源——真空能。

在人类现代科技发展的400年间，通过无数的科学实践认知而确定的质量守恒、动量守恒和能量守恒三大定律，早就尽人皆知、颠扑不破。伴随着热机的研制出现的热力学定律也成为金科玉律，其中最著名的是热力学第一定律和第二定律。能量和质量可以由一种形式变为另一种形式，但其总量既不能增加也不会减少，是恒定的。质能守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律。不使用任何能量而运转的机器就是违反热力学第一定律的第一类永动机。

热力学第二定律是描述热量的传递方向的：分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能；热能却不能完全转化为机械能。涉及热力学第二定律的一个重要名词就是熵，化学剂热力学中所指的熵，是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数。熵亦被用于计算一个系统中失序现象。熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于1865年所提出的。克氏定义一个热力学系统中熵的增减，可以用公式▽S=▽Q/T 表示，式中▽S是系统中熵的变化量，▽Q是系统热量的变化量，T是绝对温度，该公式说明熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度。熵的英文名称Entropy一词来源于希腊文“变化”一词。1923年，德国科学家普朗克来中国讲学用到了Entropy一词，担任翻译的胡刚复教授翻译时灵机一动，把“商”字加上“火”字偏旁来意译Entropy，创造了新字“熵”。每一个自发的物理或化学过程总是向着熵增高的方向发展。广义熵增原理表示任何自发过程总是从有序、有组织、有差异向无序、无组织、无差异的方向发展。当高低温度各自集中时，熵值很低；当温度均匀扩散时，熵值增高。当物体有秩序时，熵值低；当物体无序时，熵值便增高。违反热力学第二定律的机器称之为第二类永动机。热力学第三定律为：最低温度是绝对零度。复杂性增加原理则是物理实质论述尚不清晰、也没有得到完全公认的热力学第四定律。

人兽神天象图反映了古人对未知世界充满幻想的认知

真理向前迈进一步就可能变成谬论。把人类科学发展现阶段得出的局域性的热力学第二定律推广到宇宙宏观世界和粒子微观世界中去，就会得出荒谬的结论。有些人认为“现在整个宇宙正在由有序趋于无序，由有规则趋于无规则，宇宙间熵的总量在增加。总有一天，当宇宙各处的温度完全均匀一致时，熵增到最大值，一切能量都不再能做功，只剩下分子的随机运动。此时宇宙就到达等温热寂阶段，一片死寂荒凉，这就是宇宙的终点。”这和实际观察到的生生不息的宇宙现象是背道而驰的，宇宙的历史是一部复杂性不断增加的历史。普里高金的耗散结构理论指出，当一个非线性系统和外界有能量及质量交换时，就会远离原有的平衡点而建立新的平衡点，产生新的结构。这一理论解释了复杂性的产生是以系统内外的质量与能量的交换为代价的。以普里高金为代表的布鲁塞尔学派从20世纪40年代起，便力图找出热力学第二定律的局限性，但历经30多年研究之后得出的开放系统的耗散结构理论并未理清新结构产生过程中负熵的变化规律。开放系的耗散结构理论和封闭系的熵增原理实际上是井水不犯河水，这促使一批学者们对熵增原理的顶礼膜拜达到了无以复加的地步，但他们还远不知晓从混沌中创造秩序应该如何制造负熵条件，他们无法指出物理学定律中哪些具体特性是创造力的源泉，甚至已知的物理定律是否已经反映了宇宙的物理本质这一点也还不清楚。一些科学家怀疑，还有一些定律，或是一些大的未知原理在起作用，使得宇宙变得越来越复杂，人们不明白所谓的热力学第四定律（复杂性增加原理）的物理本质。这个未知的大的原理就是下面要介绍的负量守恒原理。

进入21世纪，人类的物质观与真空观已经发生了天翻地覆的变化，新观点认为：宇宙是由4.4%的显物质和95.6%的暗物质、暗能量构成的；真空是物质的凝聚态，真空是能量海，蕴藏着极大的能量！热力学定律是显物质世界的唯象理论，完全没有考虑暗物质、暗能量以及真空能对热力学过程的影响，因而必定有巨大的局限性。首先来看热力学第一定律，能量的守恒必须计及暗物质、暗能量和真空能对显物质的作用能量，否则，纯粹依靠真空能运行而不使用任何显物质能量的发动机看起来就是地地道道的第一类永动机！某些懵懵懂懂的人据此认为有关真空能的研究是不可能的，是无中生有的。

科学家首次绘制出宇宙暗物质三维数字地图

在计及了暗物质、暗能量对热力学过程的显物质的影响之后，热力学第二定律受到了实质性的冲击。暗物质、暗能量对显物质的作用在特定条件下是完全可以引发熵减过程的。熵减意味着密度、压力等状态参数的浓缩和聚集，意味着能量做功品级的提升。计入暗物质、暗能量以及真空能对热力学过程的影响之后，便可得出真正的热力学第四定律——量恒原理。在宇宙大尺度空间及微观粒子尺度上，量恒原理在下述的三步物理过程中保持体系的总能量守恒及总熵量守恒：

1.旋射：质量空间能量物质（包括微观粒子能量），在由质密区向周边空间辐射能量时，由于质密区与质量空间的斥动作用，产生的周期性或无周期性随质密区移动矢量旋转辐射现象，称为能量旋射。

2.旋聚：质量空间能量物质在旋射过程中，随着能量的不断输出，会在质密区中心或略偏心位置形成一个穿越质密区，并具有强、弱极差的旋射空间，即负量空间或黑洞。该负量空间以高出旋转能量21.6倍的负量引力能，在强极端对旋射能量产生凹陷负量引力摄动，使旋转能量作用区的能量向负量空间引力强极端作越极移动，并在强极端口沿负量空间边缘，呈凹陷状向负量空间轴心区作与旋射能量同旋向的周期性或无周期矢量斥动聚集。这一现象叫作负量旋聚。

3.聚射：旋聚中的能量由于受聚集和矢量斥动的影响，使旋聚中聚集的能量沿质量空间轴心区向负量空间的弱极方向移动，在负量空间弱极区形成新的质密区。在质密区能量超过负量空间弱极质量引力能的1.61倍时，就会再度形成能量旋射，这一现象称为负量聚射。

以上三个过程合称为负量守恒过程，是宇宙中普遍存在的一种现象，是总能量及总熵量守恒的基本规律，不论是星系还是基本能量粒子，均以这种形式来保持自身能量的状态和空间相对位置。自发的旋射和聚射过程是显物质的熵增过程，旋聚则是暗物质与显物质相互作用的负熵过程。旋聚过程中的21.6倍的负量引力能，是银河系黑洞的负量单位，它等于宇宙中暗物质及暗能量与显物质的质量比。聚射中的1.61倍是负量空间弱极最高负量引力约束值。利用负量守恒这一过程，设置有形空间，可获取能量反复使用的最大利用值，是设计、制造低于核能能量的航空、航天飞行器负量发动机的一条途径。

负量是一种更高级的能量——真空能，负量守恒就是真空能守恒。在负量守恒旋涡中，物质与真空作用而发生物性界变，显物质场中的散射过程产生熵增，暗物质场中的聚集过程产生熵减，在负量守恒的完整过程中总能量与总熵量得以守恒。宇宙星系及微观粒子均依靠负量守恒过程得以生生不息的永动。负量守恒过程使得能量品级得以自我更新而反复使用，和普里高金的耗散结构理论共同作用，便为复杂系统增加提供了生生不息的能量源泉。在动力机械中人为制造负量守恒旋涡，就可以获得能量利用效率的提高。

在本书的第3章中，对黑洞结构的介绍已经细致地勾画出了负量守恒旋涡的结构，微观粒子的内部精细动态结构也属于负量守恒旋涡。这就是为什么热力学第二定律既不适用于宇宙宏观世界，也不适用于粒子微观世界的根本原因。在我们周围的流体现象中也有两类突出的负量守恒旋涡至今未能从热力学的角度得到合理解释，其一是龙卷风的能量来源，其二是旋涡管的总温分离效应（Ranque-Hilsch effect）的物理实质。应用负量守恒原理可以清晰地破解这两类非常现象。

龙卷风是自然界中在特定大气条件下产生的强旋风现象，海洋中在特定条件下也会产生自水面向海底垂直传播的大洋旋涡。图示是一幅典型的龙卷风照片，它清楚地显示了龙卷风形成过程的气流结构。龙卷风的中心是一个漏斗形或喇叭形的尖锥体，这个锥体就是龙卷风的旋聚区。该锥体的旋向与外围充满尘土的上升的热气流的旋向相同，但中心锥体内气流的轴向流动方向却与外围上升气流相反，呈下降的气流。

美国研究人员曾现场实测出一个龙卷风的中心锥体冷气流的下降流速为17m/s。当中心锥体的锥尖一旦触地发散（聚射），龙卷风就会迅速强化，并且锥尖随之消失，变为截锥体。外围热气流边旋转边上升，到达上层冷云层底面或同温层时，立即呈喇叭口形水平旋射发散并改变旋转方向反旋抛出。

龙卷风的能量来源有二，一是龙卷风外围气流的热能，二是涡心低压区的真空能。龙卷风外围气流的高温气体与龙卷风相互作用，将使热能转化为旋转动能，其机理可用Crocco定理解释。Crocco定理是根据热力学第一定律（能量守恒）在旋涡场推导得出的，它准确地表达了旋涡场中热焓梯度（焓H=C _pT，式中C_p是等压比热，T是绝对温度）、熵梯度与旋转强度的关系。增加旋流半径方向外指的焓梯度，可有效地增强旋流的强度。由此可以认为，大气中的温差及上下对流是龙卷旋涡形成的前提条件，而使龙卷旋涡得以增强的能量则来源于周围的热能，龙卷风外围的上升热气流与旋涡中心的下降冷气形成的热焓梯度，成为把大气热能转化为旋涡流动动能的关键因素。因此，研制旋涡发生装置，产生龙卷风式旋涡，并把其浓缩到有限的动力机械装置中，则可利用强龙卷旋涡实现热功转换，从而增加航空涡轮发动机的推力。

初期龙卷风

龙卷风依靠热能达到一定强度之后，进一步的强化则需依靠涡心低压区的真空能。龙卷风中心下降锥体与外围气流同旋向，该锥体内的气流边旋转下降边向中心聚拢，当向心加速度超过一定的临界值之后，显物质流体就会和暗物质发生强烈碰撞作用，形成高真空度的动态真空区，在径向聚拢过程中吸收暗物质的吸力能而径向向心加速，并在哥氏力的作用力下通过黏性扩散对外围气流产生加速旋转的作用。由此可知，中心下降锥体内的气流向中心聚拢的原动力，是涡心区动态的相对真空区对外围气体产生的暗吸引力。提取真空能无需绝对真空，只要有一定的动态真空度即可产生一定的暗物质密度梯度，为真空能的提取创造前提条件，利用静态真空则不可能提取真空能。龙卷风中内外电势差诱发的电离现象及所产生的等离子体，将进一步强化真空能的提取过程。当中心下降锥体触地时，内部的流体可加速发散，从而使向中心聚拢的流量加大，并使中心区的动态相对真空区的暗吸引力作用得以大幅度增强，并通过哥氏力和黏性的作用导致外围龙卷风的旋转急剧增强。了解了龙卷风的特性之后，就不难理解利用旋涡提取真空能的原理了。

在流体运动中产生负量守恒旋涡的另一个例子便是旋涡管的总温分离现象（Ranque-Hilsch效应）。20世纪三四十年代，法国冶金工程师Ranque及德国科学家Hilsch分别发现：当气流在向心旋流器中，通过向心螺旋通道送入旋涡管产生旋流时，会发生总温分离现象，旋涡管中外围的气流总温比中心的气流总温高。该温差随初始气流温度的升高而升高。高低温气流的出口可在同一端，也可分别安置于两端（如下图所示）。试验结果表明，同向出气旋涡管所产生的总温分离效果在大多数情况下达不到异向出气旋涡管的50％。研究也发现，旋涡管内切向速度型呈单一固体核式分布。Ranque和Hilsch的发现是惊人的，但对于为什么会产生总温分离的现象却没有给出令人信服的答案。尽管许多学者试图用热传递、动能传递、绝热冷却理论、湍流能量交换理论、声流理论等理论来解释Ranque-Hilsch效应，但迄今为止，仍然没有一种普遍认可的理论来解释涡流管效应，但它易于实现和装置简单的特点却使其在低温制冷工程等领域得到了广泛的应用，取得了良好的效果。

能产生Ranque-Hilsch效应的旋涡管

实际上，旋涡管中的Ranque-Hilsch效应的总温分离现象可与自然界的大尺度龙卷风相比拟，气象领域的研究发现龙卷风中也存在总温分离现象，旋涡管中的旋流流动可以被看做是小尺度龙卷风式旋涡流动，同样含有负量守恒旋涡的基本要素——负熵过程！长期以来人们受到热力学第二定律局限性的约束，是不能破解龙卷风和旋涡管总温分离现象的根本原因。

负量守恒原理被接受和理解，还需要一个较为漫长的历程，但利用旋涡提取真空能的科研先驱者的研究已经获得了初步成功。这就应验技术研究领域的一句不成条文但又千真万确的调侃之言：我们不能因为还没有完全明白消化的机理而拒绝吃晚餐！亲爱的读者，你们先于那些不屑于阅读科普读物的科学家而获知了宇宙的终极守恒定律！笔者衷心地希望，你们也能成为真空能动力的发明者和使用者。几十年后真空能发动机的使用将得以普及，未来的地球人类将乘坐使用航空涡轮——真空能组合发动机的飞机，将依靠磁流体真空能反重力发动机制造出地球人类自己的UFO去遨游太空。