基本介紹
- 中文名：虛粒子
- 外文名：virtual particle
- 所屬領域：量子力學
- 特點：不能直接檢測到
- 效應：具有可測量效應
- 描述對象：能過承載力的各種粒子
定義,性質,引發的時空泡沫使得宇宙可能永遠也看不清,引起霍金輻射,界限,空是萬物的本源,
定義
根據量子力學的不確定性原理，宇宙中的能量於短暫時間內在固定的總數值左右起伏，起伏越大則時間越短，從這種能量起伏產生的粒子就是虛粒子。當能量恢復時，虛粒子湮滅。虛粒子是構成虛物質的微粒，和實物粒子有非常密切的關係，分布在實物粒子的周圍，與實物粒子具有類似的性質。虛粒子不是為了研究問題方便而人為地引入的概念，而是一種客觀存在。
消失，比如虛粒子就可以做到
消失，比如虛粒子就可以做到性質
大多數人認為，真空是空蕩蕩的。但是，根據量子電動力學（一門在非常小的規模上描述宇宙行為的理論），沒有比這種觀點更加荒謬的了。實際上，真空中到處充滿著稱作“零點能”的電磁能，這正是麥克萊希望加以利用的能量。“零點能”中的“零”指的是，如果把宇宙溫度降至絕對零度（宇宙可能的最低能態），部分能量就可能保留下來。實際上，這種能量是相當多的。物理學家對究竟有多少能量仍存在分歧，但麥克萊已經計算出，大小相當於一個質子的真空區所含的能量可能與整個宇宙中所有物質所含的能量一樣多。平行板電容器在輻射場真空態中存在吸引力的現象稱為卡西米爾效應。考慮一個輻射的電磁場，根據波粒二象性，輻射場可以看作是光子氣，而光子氣可看作是電磁輻射場的簡諧振動。電磁場量子化後，可把輻射場哈密頓寫成二次量子化的形式。
可見對每個振動模式k，都有零點能（真空能）存在，這個結果是引入場量子化後的自然結果。由於真空能量的存在可以帶來實驗可觀測的物理效應——卡什米爾效應。考慮一對距離為a的平行板電容器放在輻射場中，邊界條件為：。可見隨平行板距離的增大，所允許的振動模式越多，因此平行板電容器之間由於真空能量的存在而存在一種吸引力——卡什米爾力。反之如果認為不存在真空能，則沒有這種力。在具體的計算過程中，由於U(a)的積分（求和）是發散的。為得到收斂的結果，數學上人為地引入一個切斷因子。
在物理學裡，虛粒子(virtual particle)是存在於極短的時間以及空間內。由於測不準原理的關係，虛粒子的能量與動量都是不確定的。虛粒子也有一些和實粒子(real particle)相同的特性，像是遵守守恆定理。如果一個單一的粒子被偵測到，那代表了他存在的時間被延長到了使他不可能成為虛粒子的程度。虛粒子被用來描述那些無法用實粒子來描述的基本互動作用力的量子，靜力場就是其中一個例子，像是電場或磁場，或是任何一種場，都無法以光的速度從一個位置來攜帶訊息至另一個位置(藉由場來傳播的資訊必須由實粒子來當載子)。虛光子也是一種近場的主要載子，而這種近場是一種短距的效應，而且不會擁有像電磁波的光子那樣的特色。舉個例子來說，當能量從纏繞的變壓器到另一台變壓器，或到MRI的掃描器上時，就量子而言這種攜帶能量的是虛光子而不是實光子。虛粒子是由無質量的粒子所組成，像是光子，但虛粒子也是可能有質量的且被稱之為離殼。因為他們只存在極短的時間裡面(稱之為有限的"range")，所以這些虛光子被允許擁有質量。這是根據不確定原理而來的，不確定原理允許粒子借來的能量乘上他們存在的時間小於普朗克常數即可。擁有質量更使得了單一的虛粒子更容易從帶電的基本粒子被創造和射出，而這對於無質量的光子在沒有違反能量跟動量守恆之下是不可能發生的(單一的實粒子要被創造或射出必定是擁有兩個以上粒子的系統)。對於那些有真正有質量的粒子，他們的虛態仍然會破壞狹義相對論理的能量動量關係， 有質量的粒子基本上都會利用以下的關係來預測:
E − pc = mc 因為這些理由，通常力的載子都是無質量的，主要的例外就是弱作用力中的W+/-和Z玻色子。虛粒子的概念很接近量子波動的想法。虛粒子可以被想成是進入一種實體的量，就像是電場一般，而這個量是在量子力學所要求的期望值附近擾動。
引發的時空泡沫使得宇宙可能永遠也看不清
科學家發現宇宙存在解析度的極限，這就是說我們可能無法看到更加遙遠的宇宙。如果你站在數米之外，那么一般人的肉眼解析度有一個極限，這是光學系統的最佳分辨距離。在天文學上，其工作原理也是一樣的，這就是解釋了我們為什麼無法建造更大的望遠鏡，即便造出來了，也看不到更遙遠的宇宙。最新的一項研究認為，宇宙實際上也有基本的解析度極限，觀測受到了限制。
目前世界上比較大的望遠鏡直徑在10米左右，計畫建造的望遠鏡達到30至40米，比如極大望遠鏡。如果宇宙存在極限解析度，那么望遠鏡的直徑也有上限，無論如何調整我們的光圈大小，也無法看到更加遙遠的宇宙。事實上我們觀測宇宙主要依靠光，遙遠宇宙光傳播到望遠鏡中需要通過大氣湍流，這會形成一定的干擾。於是我們把望遠鏡安置到軌道上，可以解決，通過自適應光學系統技術也能夠修正。
在國際天文學聯合會大會上，科學家宣布了對宇宙極限解析度的研究，擔心未來的望遠鏡無法看到更加清晰的宇宙。在量子力學的尺度上，科學家預言宇宙中存在虛粒子，後續的粒子物理實驗也不斷觀測到這些粒子現象。當遙遠宇宙的光通過長距離的空間時，由虛粒子引發的時空泡沫就會產生干擾，這可能是未來望遠鏡觀測上的一個技術瓶頸。
目前美國宇航局已經對這個現象進行研究，並在2018年發射的詹姆斯-韋伯望遠鏡進行驗證。到目前為止，愛因斯坦的引力理論與量子力學還沒有完美融合，如果我們能夠弄清楚兩種理論的特點，就能夠創造出更先進的望遠鏡，對遙遠星系的詳細結構進行觀測。在新的量子理論誕生之前，我們仍然受到宇宙觀測解析度的限制，宇宙的更大奧秘也可能永遠隱瞞。
引起霍金輻射
在“真空”的宇宙中，根據海森堡不確定性原理，會在瞬間憑空產生一對正反虛粒子，然後瞬間消失，以符合能量守恆。在黑洞視界之外也不例外。史蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外產生的虛粒子對，其中一個被吸引進去，而另一個逃逸的情況。如果是這樣，那個逃逸的粒子獲得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮滅，可以逃逸到無限遠。在外界看就像黑洞發射粒子一樣。這個猜想後來被證實，這種輻射被命名為“霍金輻射”。由於它是向外帶去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的質量也會漸漸變小，消失；它也向外帶去信息，所以不違反信息定律。
界限
在現代物理中對虛粒子有兩種主要的見解與想法。它們出現在費曼圖的中間項，也就是說是微擾計算里的一個項。或是它們也出現來當作被加總或積分整個半非微擾的效應的無限多組態。就後面這種說法，有時候會被認為是虛粒子造成這種效應，亦或是因為虛粒子的存在而造成這種效應。
已經有許多可觀測到的物理現象是因為虛粒子的互動作用而產生的。對於那些當它們是自由粒子且是“實”粒子的狀況下還顯示出有靜止質量的玻色子，虛的互動作用由交換粒子而產生的相對短距離的力的互動作用來描繪。弱作用力和強作用力就是短距互動作用的兩個例子，而且它們與場玻色子有關。
而對於重力與電磁力，沒有靜止質量的玻色子允許用虛粒子來扮演長距力之間的角色。然而，在光子的例子當中，能量以及資訊的傳送是藉由相對短距的虛粒子。
以下是一些可能被視為由虛粒子產生的場互動作用:
關於這個點，我再給大家舉一個里一個例子，方便大家來理解。
粒子究竟是如何發生相互作用的？假如我們有兩個帶電粒子，我們將它們分別命名為A和B。如果A和B兩個粒子都帶負電，比如說它們或許都是電子，當然也有可能是μ介子，這不重要。重要的是，當這兩個帶有負電荷的粒子相互接近時，它們會相互排斥。
這樣的排斥作用究竟是如何發生的？這兩個粒子之間究竟是如何進行了溝通聯繫，從而知道對方的電荷屬性並決定各自掉頭，避免相互接觸得到？
這是一個非常有趣的基礎問題，可以想像，如果我們能夠對這一問題給出令人滿意的答案，我們將能夠洞察關於宇宙的深刻而重要的秘密。
真實的情況很複雜，但物理學家們總結說：“它們交換了虛粒子”——多么簡答明了的描述！典型的欺騙——用看似簡單的名詞，將所有複雜的過程和概念打包隱藏了起來。這樣做很不錯，但不幸的是，這樣的描述並不十分準確。
不過這個案例，足以讓你們理解和了解虛粒子的概念和作用了吧。
我們舉例來說，我在《變化》中，就強調過真空不空。我個人的認為是真空不空，真空具有能量。我甚至相信這句話應該被作為定律被科學家所熟知。
支持真空的不空的理論有很多而且是相聯繫的。更體現了它的正確性。
支持理論1. 絕對零度不可達到，真空也不例外，所以真空是有能量的！！
支持理論2。海森堡不確定性原理表明，我們不可能同時精確地測出一對共軛量，所以，可以“空”，不能“無”。因此，在真空中，粒子不停地以虛粒子、虛反粒子對的形式產生，而又互相湮滅，在這個過程中，總的能量保持不變。
支持理論3、一個瑞典物理學家小組成功地實現了真正意義上的“無中生有”——首次從真空中創造出閃光。
該小組讓一個特殊組件在磁場中以1/20倍光速移動，並通過改變磁場的方嚮導致該組件出現“震動”。這樣做的結果是從真空中產生了一束粒子流——這完全符合理論預計。這一不尋常的發現被認為是物理學的一項重大進展，並引起了全世界物理學界的關注。
真空為什麼不空，四大原因讓你相信真空不空！
這一現象基於一個詭異的理論，量子力學。這一理論提出：真空並不存在，所謂的真空中其實充斥著粒子，只是這些粒子太微小，並且不斷的產生和消失，因此難以探測。
支持理論4、卡西米爾效應。即在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力。這種壓力是由平板之間空間中的虛粒子的數目比正常數目小造成的。
所以虛粒子雖然觀測不到，但其存在還是有意義。再通俗給大家說一下。虛粒子是人為假設的粒子，目前的手段是觀測不到的，如果觀測到了，那就不是虛粒子了。
以“希格斯玻色子”來說，2013年之前，處於假說階段，不一定存在。就可以說它是一種“虛粒子”，是為賦予其他質量而需要出現的一個粒子。2013年之後，證實其存在，自然就是實粒子。
再比如，引力子現在就是沒有被證實的。可以說是一種“虛粒子”，就是傳遞引力的粒子，就好像是若隱若現於宇宙之中的，我們觀測不到。它快閃快現，但宇宙整體其實是“平衡”的。
還有比如有“虛光子”這樣詞。其實也是虛粒子了。只是說有的假說粒子，在一開始就以其他名字存在的了。而一些現象，比如卡西米爾效應，為了解釋這樣的現象，我們說是虛粒子在起作用。當然也可以用“卡西米爾粒子”來說。假設過幾年，人類研究卡西米爾效應時觀察到了起作用的粒子，那么就會排除這種虛粒子微擾。將發現的這種粒子可以正式命名為“卡西米爾粒子。”
還要強調一點，虛粒子和反粒子是兩個概念。反粒子都是實粒子。能夠觀察到的。
還有一個粒子，比如說暗物質，暗能量的概念，就和虛粒子的概念有接近。暗物質，暗能量的概念也是為了解釋宇宙膨脹而假設出的物質。為了來迎合理論，不然現階段觀察不符合理論。
現實的宇宙法則，可能會令你大吃一驚。虛的不一定是虛的，有一天會變成實的，實的有一天會變成虛的。但虛和實都是一種客觀存在。道家的宇宙哲學就是這樣的。
摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》
空是萬物的本源
宇宙未誕生之前，只有一片真空，該真空遍布真空零點能。然後真空發生異變演化成一個奇點，奇點發生大爆炸演化成我們這個宇宙。
