宇宙真空衰变原理

真空衰变

量子跃迁即处于高能级上的量子向低能级的跃迁过程。

基本信息

中文名

真空衰变

理论基础

量子理论的基本原则是沃纳·海森堡( Werner Heisenberg ) 的测不准原理。根据这一原理，量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。例如一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量。对一确定的时刻，它也不可能有确定的能量。这里我们关心的是能量不确定性。尽管在宏观世界里能量是守恒的（它既不能创造也不会消失），但是在亚原子量子领域里这个定律就失效了。能量可随时自发出现无法预言的变化。所考虑的时间间隔越短，这种量子随机涨落就越大。实际上粒子可以从我们不知道的某个地方借来能量，只要这份能量马上归还就行。海森伯测不准原理的准确数学形式要求大宗的能量借贷必须很快归还，而少量的借贷则可保留较长的时间。

能量的不确定性会引出一些奇怪的效应，诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成，不过过后它又马上再度消失，出现这种现象的概率便是上述奇怪效应中的一种。这种粒子依靠借来的能量，因而也是依靠借来的时间得以生存。我们看不到它们是因为它们只是闪电般地一现即没，但是又确实在原子系统的特性中留下它们曾存在过的痕迹，而这些痕迹是可以测量的。事实上通常认为的真空确实充满着川流不息的一群群这类瞬时存在的粒子，它们不仅有光子，还有电子、质子相别的所有粒子。为了把这种瞬时粒子与我们比较熟悉的永久粒子相区别，前者称为“虚”粒子，而后者则称为“实”粒子。

除瞬时性外虚粒子与实粒子是完全相同的。实际上如果用某种方法从外界补充足够的能量偿还海森伯能量借贷的话，那么虚粒子就有可能升格为实粒子，而且与其他同种实粒子没有任何区别。例如一个虚电子在典型情况下只能存在大约 10^-21 秒。在它短促的生存期中，虚电子并非静止不动，它在消失之前可以走过 10^-11 厘米的距离（作为比较，原子的直径约为 10^-8 厘米）。如果这个虚电子在这么短的时间内得到能量（譬如说从电磁场），它就未必会消失，而是可以作为一个完全普通的电子继续存在。

尽管看不见这些虚粒子，但它们实实在在存在于真空之中。这不仅因为真空包含一个潜在的永久性粒子库，还因为尽管它们以半真半虚的形式出现，这些幽灵般的量子实体依然会留下它们的活动痕迹，而且可以探测到。例如虚光子的效应之一是使原子的能级发生极少量的偏移。它们也能使电子磁