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量子力学:当我们不测量虚粒子时,我们如何知道它们不存在?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-06-06 10:28:16

如上所述(当我们不测量虚粒子时,我们如何知道它们不存在?)这个问题表明了对虚粒子是什么存在一定程度的混淆。

我们从不测量/观察虚粒子。这就是为什么它们被称为虚拟!当你想到一个包含基本粒子的过程时,一些粒子进来,一些粒子出来,在这个过程中,它们相互作用。一些相互作用可能会产生“暂时的”粒子,然后这些粒子被其他相互作用重新吸收。所以这些粒子既不进来也不出来;它们完全是反应内部的。所以它们永远不会被观察到。

我们怎么知道它们存在呢?虚粒子是非常真实的,因为它们携带能量、动量和可能的其他量子数(例如电荷、自旋)。所以我们明确地推断它们的存在从我们实际测量的入射和输出粒子的性质。

编辑(回应刚刚添加的问题细节):虚拟粒子不会“突然出现或消失”。这是一个毫无价值的推广。虚拟粒子是一个过程内部的粒子,例如下图中的虚拟光子(Virtual光子),它介导了质子和电子之间的电磁相互作用:

量子力学:当我们不测量虚粒子时,我们如何知道它们不存在?

我们之所以知道这种粒子的存在,是因为我们测量了它在改变质子和电子的路径时所起的作用,而这反过来又能让我们观察到(例如,在云室或其他探测器中)。

一个可能引起混淆的原因是,虚粒子也被用来描述“真空极化”,即用量子场论描述虚无(真空)变成虚无的过程。科学的普及者可能将其描述为“虚拟粒子突然出现又消失”,但这确实是一种误导性的过度简化。这个过程当然不能直接观察到,但它有一个特殊的结果:所谓的卡西米尔效应。在那里,理论的预测与观察结果一致。
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