探索新世纪科技之谜

李政道

诺贝尔奖得主李政道教授2005年10月25日在清华大学的演讲中指出：“21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中，暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。更为奇怪的是，以人类已知的核反应为例，反应前后的物质有少量的质量差，这个差异转化成了巨大的能量；而暗能量却可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。”他还指出：“20世纪科学最大的谜题是‘太阳能的来源’。几乎20世纪绝大部分的科技文明，如狭义相对论、核能、激光、半导体、超级计算机等理论和应用，都是从研究这个世纪谜题中产生的。正像19世纪的人想象不出上述这些新科技一样，21世纪对暗物质和暗能量的研究，也会产生令今天的人类无法想象的新发明。”

李政道还进一步指出，从天文观察中人类能感知到的常规物质的能量只占整个宇宙能量的5％或者更小些，其他95％的能量都不是由我们现在所知物质构成的。地球、太阳和所有我们看得见的星云都是由电子、质子、中子构成的，其中有极少数的反物质：正电子、反质子……可是像我们知道的这类物质，在宇宙中仅仅占不到5%。我们宇宙中的大多数能量是暗物质和暗能量，看不见也不知道为何物。暗物质对所有我们能测量的光、电场、磁场、强作用(核的能力场)都不起任何作用。可是暗物质有引力场，通过引力场我们知道有暗物质存在，而且，暗物质的总能量比我们这类物质的总能量要大5倍或5倍以上。可是，对暗物质的其他性质，我们完全不知道!最近几年，人们通过哈勃太空望远镜发现，我们的宇宙不仅在膨胀而且在“加速”膨胀。从它膨胀的加速度可以推算出，它是由于一种负压力也就是暗能量的存在才膨胀的，而这暗能量的总量约占据全宇宙能量的73%，其余是暗物质约占22.6%，显物质占4.4%。我们知道暗能量的存在也是因为它对现有物质世界的影响，但暗能量在目前还没有任何理论可以给出合理的解释。对这一问题的研究最终必将导致一场重大的物理和天文学革命，并最终引发人类文明的新纪元。

亲爱的读者，请跟我来，让我们一起捷足先登再次进入宇宙智能的圣殿去一窥暗物质和暗能量的庐山真面目！先看看人类对暗物质、暗能量研究的历史。2004年9月9日在我国高能所召开的“暗能量研究和探测可行性”专题研讨会上，陆埮院士将目前对于暗能量的研究比做一百年前人们对“以太”（aether or ether）的探索，认为很可能导致一场理论物理的革命。1905年爱因斯坦在发表狭义相对论之后一个多世纪以来，“以太”变成了教科书中典型的伪科学例子而遭受批判，被打成伪科学家的有阴极射线管的发明人克鲁克斯（Crookes）、化学元素周期表的创立人门捷列耶夫（Mendeleev）、热力学第二定律的创立人开尔文爵士（Lord kelvin）、交流电和无线电的发明人特斯拉（N.Tesla）、美国科学家克里（J.Keely）等人。特斯拉在他的科研生涯中，发明了一系列令我们现代人依然叹为观止而难以企及的绝妙技术（其中大多数发明被美国联邦政府作为绝密内容封存），而特斯拉的宇宙物质观的核心就是“以太”！克里在19世纪进行了许多“以太”工程研究，其中包括多种利用“以太”流动产生重力或反重力的试验、可控的物质向“以太”的溃变试验等，克里还提前60年提出了后来被费恩曼（Feynman）在1958年称之为夸克的质子三粒子结构。克里学术观点的当代继承人戴维森（D.Davidson）总结出的“以太”的基本特性如下：

由可见光与X射线拍摄到的星系团NGC 2300周围的高热气体合成照片。因为NGC 2300的引力无法吸住这么庞大的气体，科学家判断此处必定有大量暗物质，其引力足以捕捉这些气体使之不致逃脱

1.“以太”是贯穿所有空间的粒子性超流介质；

尼古拉·特斯拉

2.“以太”介质具有多种形态，是构成物理宇宙的建筑砖块；

3.“以太”介质的形态之一对引力和惯性负责；

4.“以太”介质可被我们的大脑和思想操控；

5.“以太”介质的流动可由物体的几何形状控制。

“以太”学说还认为，物质是由“以太”旋涡构成的，电子和其他的亚原子粒子均是粒子性“以太”流体旋涡构成的自维持结构。“以太”进出物质旋涡的过程形成物质与“以太”的相互交换并决定基本粒子的极性。特斯拉还进一步提出，时间、空间和能量是由统一的不可分割的“以太”场组成的，物质的构成是“以太”中共振过程的产物。特斯拉是人类历史上第一个提出利用空间能量的人，他说：“我们将完全不再需要传输能量，多少代人过去之后，我们的机器将从宇宙空间的任何位置上获取能量而得以驱动，空间处处有能量。”今天，人们怀着崇敬之心纪念人类历史上这位伟大的发明家、21世纪科学的奠基人尼古拉·特斯拉。

戴维森使用“以太”应力仪测量1991年7月11日日食的重力低谷数据

从以上有关“以太”学说的简单介绍中，读者们不难看出19世纪的“以太”观念中已经包含了暗物质及暗能量的观念，若和本书前两章的有关引力的物理实质的文章中的基本粒子结构以及三元基链图的观念对比，就可以看出“以太”的观念和21世纪的科学新观念息息相关，其缺陷在于把暗能量兆子系粒子、暗物质络合物粒子、磁单极子、引力子、微磁重力子等形成的暗粒子流都笼而统之地作为“以太”而混为一谈。实际上，随着21世纪人类对暗物质、暗能量研究的开展，“以太”也获得了正名！但“以太”的伪科学的帽子现在仍停留在陈旧的教科书上以及“反伪斗士”的头脑中。

好了，让我们言归正传回到暗物质、暗能量的现代议题上来。细心的读者如果仔细地阅读本系列文章前面的内容，就可以整理出显物质、暗物质与暗能量的脉络了。先看看显物质世界的形成：宇宙大爆炸之初产生了大量的微尺度粒子，例如尺度只有10^-28m的兆子及更小一些的纯能子，纯能子衰变之后形成次能子，次能子是γ射线的构成粒子！随着爆炸物质的膨胀降温，少量的兆子凝缩聚合成尺度为10^-18m的夸克，少量的纯能子凝聚成尺度为10^-21m的胶子，这就构成了宇宙间的夸克—胶子等离子体，在爆炸引起的高温、高压、高密度、高剪切应力的条件下，胶子旋涡把夸克缠绕起来形成了质子和中子（质子和中子的结构形式请参阅第6章），也有部分旋向相反的负量守恒胶子旋涡团构成了自稳定的粒子—电子；宇宙中的质子、中子和电子等显物质粒子的质量总和恰好等于宇宙总质量的4.4%。随着温度的进一步降低，处于混沌状态的由质子、中子和电子构成的显物质在电磁力、弱相互作用力和万有引力的作用下逐渐凝聚在一起，在基本粒子的小尺度上强相互作用力不仅维持质子、中子的稳定结构，也把不同数量的质子、中子纠合在一起形成各种化学元素，并最终形成宇宙星系。

再看看暗能量、暗物质的形成：伴随着爆炸产物的扩散，温度、压力及密度逐步降低，大量的纯能子衰变后形成的次能子，并在膨胀降温冷凝过程中和兆子相结合形成兆子系，每个兆子系中含有一个兆子和两个次能子，这就是构成暗能量的基本粒子。大部分的高速旋转的兆子系粒子，在旋转过程中可以吸纳真空能量，一方面依靠真空能维持着自身生生不息的永动旋转，一方面将吸纳来的真空能量以斥力能的形式喷发到宇宙空间中，形成了超过引力能的宇宙主宰力量——斥力，使宇宙处于加速膨胀状态！在继续降温的过程中，少部分的转速较低的兆子系不能吸纳足够的真空能用以维持自身的旋转，也不具备足够的斥力而维持游离态，它们相互吸引构成络合物而形成现在人们所说的暗物质！至此，读者们已经可以看出，暗物质粒子和暗能量粒子实际上是同质异构体！暗物质具有弱吸引力特性，通常都吸附在星系周围。宇宙中暗物质、暗能量与显物质的质量之比等于21.6这一宇宙常数。

暗能量粒子——兆子系

宇宙中的暗物质和暗能量都是既不吸收光也不反射光，因而不能被通常的方法观察到。两者的物理特性差别在于，暗物质只能呈现单纯弱相互吸引力，而暗能量则表现出斥力特性。在弱相互吸引力的作用下，游离态的暗物质络合物都成絮状聚拢在星球周围形成暗晕。也就是说，在我们周围充满了暗物质粒子，根本不需要制造α质谱仪到宇宙太空去捕捉暗物质，我们大家实际上都浸泡在暗物质粒子的海洋中却浑然不知！暗物质络合物是一种二维延拓的网状结构物，很容易在诸如电子流、等离子流、气体或液体流等显物质流的高速冲撞下发生破碎，形成离散的兆子系粒子。在冲撞速度较低时，暗物质络合物虽然不能被破碎成离散的兆子系粒子，但却很容易破碎成可以自由地穿透显物质实体的小尺度的暗物质络合物粒子。生物体内经络系统中流动的所谓“炁”就是暗物质流！生物体外围的生物场（aura）就是暗物质场！

暗物质络合物

而暗能量则只能在吸纳真空能的过程中表现出斥力特性，由于斥力作用，游离态的兆子系粒子逸散到远离星球的宇宙深空中去，并在宇宙逐渐膨胀过程中最终战胜了万有引力而成为推斥宇宙加速膨胀的主宰力量。这意味着我们周围并没有暗能量粒子的存在，只有在特定条件下利用显物质流将暗物质络合物撞碎，才可获得离散态的暗能量粒子。获得离散态的暗能量粒子是所有提取真空能技术的必要前提条件！而随着提取方法的不同，真空能可以表现为热能、电磁能、流体旋转能或斥力能等多种能量形式。但不管以何种形式提取真空能，其初始形式均是依靠兆子系的高速旋转，通过兆子中的负量旋涡产生的黑洞聚集效应，将虚空间的真空能跨界传输到实空间，并以白洞的形式喷发出来。如果大量兆子处于无序排列状态，白洞喷出的真空能呈现万向斥力状态；并最终通过与显物质粒子的作用而演化为热能。在大量兆子系定向有序排列时，所获得的真空能产生宏观定向斥力状态，可用于真空能推力发动机。在磁场条件下，喷发出的真空能可演变为电磁能量。

物理学家狄拉克早就指出：真空能是负能量。利用显物质流将暗物质络合物撞碎，并进而获得离散态的暗能量粒子以提取真空负能量的过程，在动态真空度极高的情况下，也就是提取的真空能量远远大于显物质流正能量时，将会发生显物质向暗物质界变的惊人的物理现象！在强大的真空负能量的作用下，构成显物质的质子、中子、电子的物质结构都将被真空负能量拆散，尺寸为10^-18m的夸克将被离散为尺度仅仅只有10^-28m的兆子；尺度为10^-18m的电子和尺度为10^-21m的强磁激发能粒子（胶子）将被拆散为尺度比兆子略小的纯能子，纯能子衰变为次能子并释放出光化磁能量。次能子与兆子结合成暗能量粒子——兆子系，并进而结合形成暗物质络合物，从而实现显物质向暗物质的转变！

跨界粒子—兆子系旋转时的真空能白洞喷射

让高压气流通过多级串联的双喉道管，就可以展现显物质向暗物质界变的惊人的现象。单级双喉道管的两端都是流速为声速的临界喉道截面，中间的大截面管道中的流速则是高超声流，静压力极低，有相当的真空度，并会诱发一定量的显物质向暗物质的界变。气流沿多级串联双喉道管流下去，真空度会逐级加大而显物质质量会逐级减少，导致显物质流体最终全部转化为暗物质并渗透扩散到管道之外的空间去。这种显物质向暗物质的转化消耗了巨额的真空能量，但释放出的光化磁能量却微乎其微，几乎没有利用价值。这种装置的真正价值在于，将其连接到发动机的排气管上，就会构成零排放排气管，不仅燃烧污染物质排不出来，连燃气中的煤烟颗粒物以及不参与燃烧的氮气也全部转化为对人体完全无害的暗物质！事实上，这种装置将能消除所有工业排放的有害气体。从暗物质向显物质转换的反过程在自然界也是天然存在的，所有的生命体都具有吸纳暗物质并将其转换成不可或缺的生命物质的能力，生命体的生物场就是暗物质场！值得一提的是：读者们千万不要把这种现象与黑洞吞噬、正反物质湮灭、质能互换等现象混为一谈。物质（能量）可分为实物质（能量）与虚物质（能量）两大类，真空能属于虚物质（能量）世界。实物质包括显物质和暗物质，显物质又可分为正物质与反物质。正反物质之间的反应是湮灭，湮灭释放的能量遵守质能互换定律。黑洞吞噬现象则是在引力子这种实空间至虚空间的跨界粒子高度集中时将实物质转化为虚物质的过程。而此处提到的真空能与显物质流作用并将其转变为暗物质的过程，既不是湮灭时的质能互换，也不是吞噬时实物质向虚物质转变的过程，它仅仅是在真空能作用下显物质向暗物质的转变，物质的质量基本保持一致。

利用真空能将气态显物质转化为暗物质的技术在未来的粒子物理学试验研究上，有着极其重要的意义。现代粒子物理试验中所使用的高能粒子碰撞机，单纯依靠高能粒子碰撞时的正能量来分解质子、中子等基本物质结构，其过程之复杂、花费之巨大、装备之庞大，都是令人叹为观止的。往往是集多国之财力、人力和物力才可稍有举措。而利用动态亚真空中的真空负能量将显物质转化为暗物质的过程，将可方便地对质子、中子乃至电子的拆分过程进行观察研究，粒子物理的试验将可像化学试验一样搬到大学课堂中来，动辄以亿万美元计价的成本也将降到区区几百美元！

地球上最大的粒子碰撞机——欧洲大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）

上面已经提到，兆子构成夸克，而纯能子构成了N极磁单极子（胶子）。在高能物理试验中，由于夸克的禁闭效应是极难观察到单独的夸克和胶子的。2005年4月，美国布鲁克海文实验室将金原子加速到接近光速时进行碰撞，在人类历史上第一次获得了夸克—胶子等离子体。在地球周边的自然环境中我们也难以观察到原汁原味的夸克和磁单极子，有些人担心即便获得了夸克—胶子等离子体，由于胶子的“胶黏”特性也会立刻和夸克结合而重新生成质子。实际上这是绝不可能的，看看前面叙述的宇宙大爆炸之后质子形成的苛刻条件（高温、高压、高剪切力、高旋转涡量）就会明白其中的缘由了。

如能将质子的内核夸克和外围的胶子膜打开，就可提取到地球人类前所未有的超级材料：夸克构成的冷沸材料和胶子构成的强磁激发能材料。聚集态的冷沸材料在常温及高温为固态，在-121℃后变为液态，在绝对温度3K变为气态（游离态）。聚集态的冷沸材料在常温和高温时则热而弥坚，愈热强度愈高。冷沸金属材料最高耐受温度可达10200℃，在常温及高温时均可保持电超导和磁超导特性；冷沸非金属材料可耐7400℃的高温，是优秀的耐磨和阻磁材料。自然界中极少存在凝聚态的天然冷沸材料，只有像月球这样的具有低温核心的冷星球的核心中存在少量的四极凝聚态夸克（通常质子中的夸克都是三极的）可供采掘。我们的月球上除了氦Ⅲ之外也有这种宝贵的冷沸材料矿藏，但愿地球人类能在这些矿藏被采掘殆尽之前也能有所斩获。

强磁激发能粒子就是狄拉克预言了多年的磁单极子！使用特殊的制造技术可以同时人工提取冷沸材料（三极凝聚态夸克）和胶子形成的强磁激发能材料。强磁激发能材料可产生超强磁场，有着极为重要的用途。如果我们能当机立断付诸行动，以人类2006年的技术水平为出发点，五年左右的时间就可以提取出这两种超级材料，并进而引发世界范围内广泛领域的工业技术革命。人类21世纪的科学技术，就是研究暗物质、暗能量，提取和利用冷沸材料、强磁激发能材料以及真空能为核心内容的科学技术！

以上有关暗物质及暗能量的现代观点决不是跟踪外国人、填补国内科技空白之作，我们中国学者也可以首开历史先河，在有关整个21世纪最大科技谜团的问题上发出我们的声音。亲爱的读者，当您读完了以上这些内容，不知您将作何感想？是欢欣雀跃还是疑窦丛生？此时此刻笔者凝思未来科技，不禁想起了屈原的诗句“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。到此为止，本书探索21世纪暗物质和暗能量有关的科学技术的序幕已经拉开，主场的景观将更加蔚为壮观，让我们一起前行，去继续探索五彩缤纷的未来世界吧。