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迪拉克之海:量子真空负能量的粒子海

 更新时间:2021-05-20 07:09

简单说迪拉克之海

  简单说就是真空中的布满了最低能量,也就是负能量的电子,形成了所谓负能量的粒子海。尽管这些粒子是不可观察的,但它们决不是虚幻的,如果有足够的能量就可以形成。哪里有物质,哪里就有迪拉克之海。而我们的宇宙就好像漂浮在这个大海的表面上。

迪拉克之海:量子真空负能量的粒子海

  保罗.狄拉克是英国著名物理学家,诺贝尔物理奖获得者。狄拉克之海是他提出的崭新量子力学理论。

那么狄拉克之海的理论是怎么来的呢?

  这源于狄拉克方程的解。在狄拉克方程的解中,有一个结果会导致电子可以具有负能量,这个结论在过去显然是荒谬的。为了克服这一困难,狄拉克发挥他天才的想象能力,他认为我们世界所谓的真空,已经被具有负能量的电子填满了。因为最低能量态已经填满了,电子便不可能跃迁。那么这个空间具有稳定的结构,这与已有的物理理论就自洽了。这个充满负能量电子的空间就被称为狄拉克之海。

迪拉克之海:量子真空负能量的粒子海

  迪拉克之海简单说就是量子真空的零点能组成的负能量的粒子海。尽管这些粒子是不可观察的,但它们决不是虚幻的,如果用足够的能量就可以形成,哪里有物质,哪里就有迪拉克之海,想象观察到的宇宙就好像漂浮在其表面上。

  电子的相对论量子力学方程——狄拉克方程可解出自由电子的负能级,按能量最低原理,物质世界的电子都应跃迁到负能级上,迪拉克对此做出的解释是这些负能级已被电子占据,按照不相容原理,每个能级只能容纳两个自旋相反的电子,因此我们观察到的电子不能向下跃迁到负能级去。

  物质世界像是浸没在负能级电子的海洋中,这就是迪拉克之海。

  当有电子从负能级上被激发出来,留下的空穴表现为一个质量与电子相同、电荷与电子相反的粒子,这就是对第一种反粒子——正电子的预言。迪拉克之海也是对正电子存在的描述。

迪拉克之海:量子真空负能量的粒子海

  迪拉克之海,保罗·狄拉克其中一项成就就是提出有关电子(electrons)但是在电场(electricfield)和磁场(magnetic field)移动的理论,因此电子必须有它的反物质(anti-matter)。从而在一九三二年,科学家卡尔·安德迅(Carl Anderson)首先发现阳电子(positron)的存在,就是带有正电荷的电子。

  然而在人们以后的研究当中,也从中证实了反物质的存在。从而这会有什么样的结论呢?让我们好好的想一想,为什么在我们这个宇宙,没有反物质的存在呢?有不少科学家认为,这是因为在宇宙产生(或许是大爆炸?),物质与反物质的分布不平均所导致的。于我们的宇宙来说,就是物质大大多于反物质了。

  迪拉克之海因为正、反物质相撞会永远消失,然而剩下来的只是能量,所以当物质多于反物质时,最后就只会有正物质留下来了。

迪拉克之海:量子真空负能量的粒子海

  然而,这只是说我们的宇宙,其他的宇宙呢?从而可以想得到,因为在宇宙产生之时的物质与反物质的分布不同,就会有一个反物质宇宙的存在也不是什么奇怪的事吧!

  如果在宇宙产生之时,物质与反物质的分量是一比一的时候,就会有一个只有能量存在的宇宙也是可能的。当然了,也有其他我们所不能了解的宇宙存在的可能。

  简而言之就是,这个宇宙起初是由无数的物质(电子)和反物质(正电子)所构成的,物质和反物质的湮灭而产生的无数的正负电子对就是所谓的迪拉克之海,也就是所构成这个世界的基础。由于宇宙当中的物质多过反物质,所以未湮灭的物质构成了我们现在所生活的这个世界。

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