真空的奧祕
郭中一 譯
現代物理的一項重要基礎 是：真空中任何粒子或訊 號的速率都不能超過光速 。現在卻有兩位物理學家 發現了一種微妙的量子現 象，可使得光子在某種情 況下，速率較通常稍快。 光速微量的增加，主要是 來自兩平行導電板或鏡面 對真空的影響。
在今年二月二十二日的《 物理快訊》 (physics Letters B) 期刊 中，東柏林洪鮑特大學 (Humbolt Universitat zu Berlin) 的夏恩霍斯特 (K. Scharnhorst) 利用量子電動力學 （描述光與物質如何交互 作用的理論），計算兩個 接近的平行板間電磁波（ 光子）的行為。據他指出 ，與板面垂直方向的電磁 波傳播較自由真空中的光 稍快，他說：「這完全是 因為板子改變了真空結構 所造成的結果。」
英國布萊頓 (Brighton) 薩色斯 (Sussex) 大學的巴頓 (G. Barton) ，也利用不同的方法獲得 相同的結論。
巴頓說：「即使在溫度為 零的狀況下（譯註：意即 排除有限溫度造成的熱起 伏，在此狀況下，真空為 單一的純態，而非量子態 的疊加），也仍有電磁場 的擾動，而且如果只限制 於鏡面間，則電磁場的能 量密度小於零。因此我認 為如果正能量密度使得光 走得慢，則在兩鏡面間會 有的負能量密度，應該讓 光走得快些。」巴頓的分 析發表在三月二十二日的 《物理快訊》上。
兩種處理方式的共同基礎 ，都是將真空視為一個波 瀾壯闊的怒海，充滿隨機 起伏的電磁場及瞬息生滅 的電子、正子（電子的反 粒子）對。根據量子電動 力學，光在傳播時，會與 這些真空場及電子、正子 對交互作用，而影響了光 在真空中行進的快慢。
放入一對鏡面會改變真空 ，而使某些光子與虛粒子 對的交互作用不再發生。 因此使得光走得較正常狀 況下快些。所謂的開斯米 爾（Casimir）效應，預測如此 的兩個平行板應互相吸引 ，也是源於同類的對真空 性質的改變。
但是光速增加的預測值甚 小，而且僅在垂直於板面 的方向上有增加。對相距 百萬分之一公尺的平行板 ，改變的量只有1036分之一。
巴頓說：「這真是小到可 笑的地步。這效應差好幾 個數量級才能測到，但是 以原則而論，頗為引人。」
但是這結果並不是說相對 論在基本上有任何問題， 巴頓如此論辯道：「這只 不過是說，如果你真有一 對無限延伸的鏡面，那麼 在垂直鏡面的方向，速率 仍有個上限，正如平常的 相對論所說在虛空中速率 有個上限，稱之為c一般。」
但是，這項新發現指出幾 個在技術上值得再深入探 究的問題。英國牛津大學 的巴涅特 (S.M. Barnett) 在三月二 十二日的《自然》 (Nature) 雜 誌上評論道：「真空真是 個奧祕難解的東西，往往 只經由最不直接的方式暗 示它的存在。光速值由真 空結構決定的建議，值得 理論物理學家認真研究。
〔譯自 Science News, 137 (19), 1990.〕