虚粒子的性质
发布网友
发布时间：2022-05-16 18:39
共1个回答
热心网友
时间：2023-11-21 17:23
大多数人认为，真空是空荡荡的。但是，根据量子电动力学（一门在非常小的规模上描述宇宙行为的理论），没有比这种观点更加荒谬的了。实际上，真空中到处充满着称作“零点能”的电磁能，这正是麦克莱希望加以利用的能量。“零点能”中的“零”指的是，如果把宇宙温度降至绝对零度（宇宙可能的最低能态），部分能量就可能保留下来。实际上，这种能量是相当多的。物理学家对究竟有多少能量仍存在分歧，但麦克莱已经计算出，大小相当于一个质子的真空区所含的能量可能与整个宇宙中所有物质所含的能量一样多。平行板电容器在辐射场真空态中存在吸引力的现象称为卡西米尔效应。考虑一个辐射的电磁场，根据波粒二象性，辐射场可以看作是光子气，而光子气可看作是电磁辐射场的简谐振动。电磁场量子化后，可把辐射场哈密顿写成二次量子化的形式。
可见对每个振动模式k，都有零点能（真空能）存在，这个结果是引入场量子化后的自然结果。由于真空能量的存在可以带来实验可观测的物理效应——卡什米尔效应。考虑一对距离为a的平行板电容器放在辐射场中，边界条件为：。可见随平行板距离的增大，所允许的振动模式越多，因此平行板电容器之间由于真空能量的存在而存在一种吸引力——卡什米尔力。反之如果认为不存在真空能，则没有这种力。在具体的计算过程中，由于U(a)的积分（求和）是发散的。为得到收敛的结果，数学上人为地引入一个切断因子。
在物理学里，虚粒子(virtual particle)是存在于极短的时间以及空间内。由于测不准原理的关系，虚粒子的能量与动量都是不确定的。虚粒子也有一些和实粒子(real particle)相同的特性，像是遵守守恒定理。如果一个单一的粒子被侦测到，那代表了他存在的时间被延长到了使他不可能成为虚粒子的程度。虚粒子被用来描述那些无法用实粒子来描述的基本交互作用力的量子，静力场就是其中一个例子，像是电场或磁场，或是任何一种场，都无法以光的速度从一个位置来携带讯息至另一个位置(借由场来传播的资讯必须由实粒子来当载子)。虚光子也是一种近场的主要载子，而这种近场是一种短距的效应，而且不会拥有像电磁波的光子那样的特色。举个例子来说，当能量从缠绕的变压器到另一台变压器，或到MRI的扫描器上时，就量子而言这种携带能量的是虚光子而不是实光子。虚粒子是由无质量的粒子所组成，像是光子，但虚粒子也是可能有质量的且被称之为离壳。因为他们只存在极短的时间里面(称之为有限的range)，所以这些虚光子被允许拥有质量。这是根据不确定原理而来的，不确定原理允许粒子借来的能量乘上他们存在的时间小于普朗克常数即可。拥有质量更使得了单一的虚粒子更容易从带电的基本粒子被创造和射出，而这对于无质量的光子在没有违反能量跟动量守恒之下是不可能发生的(单一的实粒子要被创造或射出必定是拥有两个以上粒子的系统)。对于那些有真正有质量的粒子，他们的虚态仍然会破坏狭义相对论理的能量动量关系， 有质量的粒子基本上都会利用以下的关系来预测:
E − pc = mc 因为这些理由，通常力的载子都是无质量的，主要的例外就是弱作用力中的W+/-和Z玻色子。虚粒子的概念很接近量子波动的想法。虚粒子可以被想成是进入一种实体的量，就像是电场一般，而这个量是在量子力学所要求的期望值附近扰动。
