不确定性原理指出,当我们研究极小尺度的物理现象时,某些成对的共轭物理量,比如位置和动量、能量和时间,其测量精度是存在极限的,无法同时被精确测量。
从概念上来说,这有点像零钱的最小单位,比如某件东西售价 99 美分,加上 6% 的销售税,你最终需要支付 1.05 美元,尽管 99 美分的 106% 实际上是 1.0494 美元,那千分之六美分的零头,就被四舍五入了。
我们的宇宙也有点类似,它无法精确记录那些极其微小的能量差值,而这个无法被精确记录的 “最小误差”,就是普朗克常量。
许多传递相互作用力的粒子,比如调控弱核力的 W 玻色子和 Z 玻色子,其质量实际上远大于发射它们的粒子的质量。
而弱核力的作用范围极其有限,原因就在于,这种凭空产生的巨大质量和能量,只能存在极短的时间,所以这些粒子还没来得及传播很远,就会消失,这也导致弱核力成为了短程力。
根据理论,虚粒子总是成对地凭空出现,我们如今将这种现象称为 “量子泡沫”。
如果你听过真空能、零点能,或是卡西米尔效应相关的奇特现象,其根源都是这种量子泡沫。
而且我们已经在实验室中测量到了卡西米尔效应,所以这个理论并非凭空捏造,尽管它的核心是 “物质凭空出现”。
虚粒子会成对地凭空产生,它们是彼此的反粒子,类似于正物质和反物质的关系。
这些粒子成对出现,紧挨在一起,几乎会在瞬间重新结合并湮灭。
虚粒子的能量和质量,不一定与其对应的实粒子完全相同,因为不确定性原理允许它们的物理量与常规值存在较大偏差。
在经典力学中,我们将实粒子的能量、质量和动量绘制成图时,这些物理量会形成一个类似薄壳的双曲面结构,所以我们称普通的实物质为 “在壳”,或是 “在质量壳上”。
而虚粒子则是 “离壳” 的,从概念上来说,虚粒子的 “离壳程度”,在一定程度上反映了它的 “非实在性”,以及它存在的时间长短。
不过在某些情况下,虚粒子也可以转化为实粒子,实粒子和虚粒子之间的界限,在一些场景中也可能变得模糊、随意。
换一种角度来看,虚粒子并非真正存在于时空之中,而是存在于时间的滴答间隙,或是空间的缝隙之中。
我个人很喜欢这个比喻,因为虚粒子本质上