虚粒子是什么?简单物理学名词背后有复杂含义

什么是虚拟粒子?许多物理术语听起来非常简单明了。它们的存在似乎将复杂的物理概念打包成一个简单明了的术语,让普通人更容易理解它们。但这些都是幻想。

北京时间9月12日,据外国媒体报道,世界上有些物理术语听起来非常简单明了。它们的存在似乎将复杂的物理概念打包成一个简单明了的术语,使得普通人更容易理解它们。但这些都是幻想。许多物理术语的字面意义远非其真正含义。

这里只有一个例子:虚拟粒子。这个物理名词的出现是为了回答一个老问题:粒子是如何相互作用的?如果我们有两个带电粒子,我们将分别使它们成为A和B。例如,如果粒子A和粒子B都带负电荷,它们可能都是电子,当然它们也可能是μ;介子,没关系。重要的是,当这两个带负电的粒子相互靠近时,它们会相互排斥。

这种排斥是如何发生的?这两个粒子究竟是如何相互交流,从而了解彼此的电荷性质,并决定掉头避免相互接触的?

这是一个非常有趣的基本问题。可以想象,如果我们能对这个问题给出一个满意的答案,我们将能够洞察宇宙中深刻而重要的秘密。

现代量子场论认为光子是电磁力的载体。前面提到的两个粒子A和B是带电粒子,所以它们会与光子相互作用。然而,很明显,这两个粒子A和B没有传输激光束来相互通信,所以科学家说这两个粒子“交换了虚拟光子”。

这到底是什么意思?

粒子和电磁场

让我们回到旧时代,比如19世纪的物理学。我们知道,每一个带电粒子都会产生一个电磁场,这几乎可以指导其他粒子如何与它相互作用。对于一个粒子来说,这个电磁场在其附近最强,并且随着距离的增加而减小。此外,电磁场的方向从粒子开始,指向所有方向。

因此,从这个角度来看,我们的粒子A产生了一个充满整个空间的电磁场。其他粒子,如粒子B,可以阅读本指南并作出相应反应。当B粒子离A粒子太远时,从B粒子的角度来看,A粒子的电磁场强度非常弱,就像它给出的指令字太小而看不清楚一样,所以它的运动不会受到明显的影响。但是当粒子b越来越靠近粒子a时,它会发现后者越来越强的电磁场清晰明确地写着:“走开!”所以粒子b离开了。

在上面的场景中,场和粒子一样真实。整个宇宙充满了物质,场的作用是告诉物质如何相互作用。

场的重要性

从20世纪初到20世纪中叶,物理学家们逐渐意识到宇宙实际上是一个比我们最初想象的要奇怪得多的存在。当他们把狭义相对论和量子力学结合起来时,他们发展了量子场论,结果出乎所有人的意料。

顾名思义,“字段”的状态又被提升了。在此之前,“场”就像一张通知纸,为它后面的粒子陈述其他粒子的行为规范。现在,“场”突然变成了一个主要的物理物体。根据这一对复杂的现代物理学对宇宙的看法,电子不是一个孤独的粒子,一点也不是。相反,它被电磁场包围着,就像牛奶浸在吐司里一样充满了整个空间和时间。

结果,我们的想法改变了。“场”是主要研究对象。粒子呢?它们就像一个小小的“涟漪”,可以在平静的水中自由传播,或者像一个小像素,形成一个“场”的图像。这是一个重要的概念。

奇异粒子

从这里开始,事情逐渐变得混乱:一个粒子从一个地方移动到另一个地方,在此期间,它不是严格意义上的同一种粒子,或者至少不是同一种粒子。

你一定是完全晕了。没关系。让我们回到粒子A和粒子b的例子。我们说这是两个带电粒子,所以根据定义,它们将与光子相互作用,也就是电磁场。因此,电场(由电子组成的场)中的“波纹”会影响电磁场中的“波纹”。因此,从字面上讲,随着粒子A的运动,它的一部分时间在电场中扮演“波纹”的角色,而它的另一部分时间在电磁场中扮演“波纹”的角色。这也意味着有时它是一个电子,但有时它是一个光子,即构成电磁场图像的一个小像素。

这还没有结束!情况比这糟糕得多!粒子A产生的电磁场波纹可以转化为其他波纹,如μ;介子涟漪。对于宇宙中的任何基本粒子来说,都有一个相应的场,它们都相互交流,在其中传播的粒子(波纹)会在不同的“场”之间来回切换。

当你把所有这些“涟漪”、“涟漪”和“涟漪涟漪”都考虑进去,我们就能得到“一个粒子从一个地方移动到另一个地方”的结果。

从数学的角度来看,情况很快变得一团糟,但一些顶尖物理学家,如理查德·费曼,仍然能够理清思路,开展一些重要的科学工作。

粒子和虚拟粒子

嗯,经过这么长时间的背景介绍,我们终于可以说重点了。田野的涟漪会来回变化。如果这种“涟漪”持续存在并一直扩散,我们将称之为“粒子”。如果这种“波纹”很快消失,我们将称之为“虚拟粒子”。但在最深的意义上,它们都是“领域”中的涟漪。

本文中提到的A粒子正在逐渐接近B粒子。他们并不像许多人想象的那样像两颗子弹一样迎面逼近。事实上,它们是一系列复杂的“涟漪”,包含不同的场,从一个场转换到另一个场。

当两个粒子足够接近时,情况变得非常非常复杂。各种波纹之间的相互作用,这个复杂的过程在此期间可以用量子场论原理来计算,经过艰难而复杂的运算,我们确实可以算出正确的结果——相互排斥,两个粒子会分别反弹回来,但具体的过程极其复杂,完全不像子弹正面碰撞那么简单。

因此,关于粒子之间的相互作用,物理学家总结道:“他们交换了虚拟粒子”——多么简单明了的描述!典型的欺骗——用看似简单的名词来包装和隐藏所有复杂的过程和概念。这很好,但不幸的是,这种描述并不十分准确。

标题:虚粒子是什么?简单物理学名词背后有复杂含义

如若转载,请注明出处:http://www.ikepu.com/xiaozhishi/4549.html