欢迎您访问科普小知识本站旨在为大家提供日常生活中常见的科普小知识,以及科普文章!
您现在的位置是:首页  > 科普文章

真空不空、无中生有

科普小知识2022-10-26 18:35:54
...

真空技术是当今广泛使用的高科技。例如,电视显像管的真空度达到几十亿分之一大气压,以确保图像清晰。在高能粒子加速器上,为了防止加速的基本粒子与管道中的空气分子碰撞并损失能量,管道必须保持几亿分之一大气压的超高真空。在如此高的真空下,一立方厘米的空间中大约有数千个空气分子。科学家把完全没有任何物理粒子的真空变成了“物理真空”。“物理真空”中真的没有东西吗?真空不仅不是空的,而且非常复杂。这是一个充满负能量电子的海洋。20世纪20年代,英国物理学家狄拉克建立了一个狄拉克方程,正确描述了极速运动的电子,将狭义相对论和量子力学有机地结合起来,并预言了负能量电子的存在。我们每天看到的物体都带着积极的能量,比如山脉和河流,恒星的移动和变化等等。简而言之,我们看到的世界是一个充满正能量的世界。然而,在这个积极能量的世界背后,是一个绝对看不见的消极能量的世界。虽然我们生活的空间充满了负能量电子,但我们根本感觉不到它的存在。

在负能量的世界里,电子有非常奇妙的性质。如果你想把它向前推,它必须向后推。如果你想把它拉到右边,它必须向左。当正电子发光时,它总是消耗能量。当负能量电子发光时,它们总是增加能量。如果地球上河流中的水是由负能量电子组成的,它将不会向下流动,而是向上流动。负能量电子是如此倔强的脾气,以至于有些人称它们为驴电子,就像一只倔强的不服从的驴。

狄拉克认为空间充满了驴电子。它占据了空间中所有的座位,不能随意移动。因此,它的奇妙本质并不明显。正电子在充满驴电子的海洋中运动,这与驴电子无关。这些负能量电子似乎是一只睡着的“懒驴”,似乎对外界没有反应。

然而,这些驴子也被“敲门”惊醒。当用光子轰击它们时,如果光子的能量很小,它们就不会太在意,这就像“向驴子丢珍珠”。然而,如果光子的能量超过电子静态能量的两倍,并且光子的能量大于2MC,情况就不同了。驴电子可以吸收光子,成为真正的电子。然而,它在原来的位置留下了一个洞。由于这个洞的出现,以前看不见的驴电子海洋现在可以看到了。这个空穴是一个单位正电荷和一个正电子,其行为与正电子相同。光子消失了,但是一对正负电子被从负电子海洋中撞了出来。根据我们通常的观点,电子是从无中产生的。当然,当正电子和负电子相遇时,也会发生相反的过程。电子填补了驴电子的空缺,剩余的能量被用作光子

1932年8月,美国物理学家安德森在研究宇宙射线时发现了正电子。结果,狄拉克的负能量电子海洋被广泛接受。