量子力学预言真空涨落产虚粒子,却难精确捕捉

360影视 欧美动漫 2025-09-03 16:07 1

摘要:虚粒子是计算上使用的数学工具,表示不可交互、不可直接测量的量子场波动,它们不是实体。

是误会。

虚粒子是计算上使用的数学工具,表示 不可交互、不可直接测量 的量子场波动,它们不是实体。

量子涨落(量子真空涨落,真空涨落)并不会凭空产生可供仪器“精确捕捉”的粒子。

将量子涨落描述为虚粒子对的产生和湮灭,通常是为了 方便计算 ,有时还用来不严谨地解释霍金辐射。

之所以要用粒子对的形式,是为了让真空保持电中性。 在世界各地的问答网站询问霍金辐射的原理,很容易看到有人介绍如下模型:

宇宙空间中会不断涌现虚粒子对,它们会在极短时间内湮灭。在黑洞的事件视界内外偶然涌现虚粒子对时,有概率发生“一个虚粒子坠入黑洞、另一个虚粒子无法及时湮灭而变成实粒子”的状况。为避免质能不守恒,黑洞将损失与该实粒子的质量相应的质量。

上述模型是霍金本人提出的,是 过度简化 的。虚粒子是为计算上的方便而构造的,表示不可交互、不可直接测量的量子场波动。霍金在 1974 年的论文 [1] 里指出:

It should be emphasized that these pictures of the mechanism responsible for the thermal emission and area decrease are heuristic only and should not be taken too literally .

霍金通过《时间简史》向大众介绍了该模型——大概他觉得这让人听懂的概率较高。其结果是包括本问题在内的层出不穷的疑惑与误解。

你可以继续使用该模型,也可以改造它:黑洞周围大范围空间中的虚粒子对之间的相互作用放出的光子可以充当霍金辐射。这些光子的能量是从空间曲率提取的,不是凭空产生的,会降低与这空间曲率相关的物质的质量。

这类改造可能让模型变得更不容易理解。考虑到大众的理解能力,该模型可能还是应该原样运用。

如果霍金辐射存在,那么 黑洞周围的大部分霍金辐射并不发生在视界上 。大多数霍金辐射将是低能量的光子,霍金辐射功率高到一定地步的低质量黑洞可以放出更多高能量的粒子。

喜欢的话,你可以在计算上声称:

虚粒子对的产生从量子真空 借用 了一些能量,虚粒子对的湮灭向量子真空 归还 了这些能量,这并没有让真空具有的能量发生增减。 量子涨落既能产生虚光子,又能吸收虚光子。这些虚光子可以用来解释卡西米尔效应之类。 量子涨落可以从空间曲率提取能量、产生光子,这些光子不是凭空产生的,会降低与这空间曲率相关的物质的质量。这可以用来解释霍金辐射。这些光子在能量高到一定程度时是可以被适当仪器检测的,但是 2025 年现在我们手头没有能产生这种效应的实验对象。

来源:智慧芯片一点号

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