你敢相信嗎，物質(zhì)竟然可以“無中生有”！

量子力學(xué)是描述微觀粒子運(yùn)動和相互作用的科學(xué)理論。根據(jù)量子力學(xué)的研究，物質(zhì)確實(shí)能“無中生有”。那在空無一物的空間中，物質(zhì)是從哪兒來的呢？

過去科學(xué)家曾經(jīng)一度認(rèn)為虛空就是指沒有任何物質(zhì)存在的空間。然而從量子漲落的角度來看，虛空在客觀世界中其實(shí)并不存在，看似空無一物的空間內(nèi)雖然沒有任何實(shí)際物質(zhì)存在，但其實(shí)充滿著能量，其中存在著持續(xù)不斷的能量漲落。

虛空中這種此起彼伏、持續(xù)不斷且短暫的能量變化過程就是量子漲落。量子漲落是因量子世界中固有隨機(jī)性的存在，導(dǎo)致空間中的任意位置都有可能出現(xiàn)能量的短暫變化。量子漲落會持續(xù)地激發(fā)出虛粒子，這些虛粒子總是成對出現(xiàn)，然后在非常短的時間內(nèi)發(fā)生湮滅。

即使沒有物質(zhì)存在的真空仍有能量漲落，這種能量會以虛粒子形態(tài)出現(xiàn)，這些不斷以微小的規(guī)模形成與消失的虛粒子也有波動性，也就是說真空中充滿著各種波長的粒子。

那當(dāng)真空中兩片非常薄的中性不帶電的平行金屬板之間的距離足夠近時，兩片金屬板間波長較長的虛粒子就會被排擠出去，導(dǎo)致兩片金屬板間的量子漲落弱于外側(cè)，此時兩片金屬板間就會表現(xiàn)出吸引力。這種效應(yīng)被稱為卡西米爾效應(yīng)，這種吸引力被稱為卡西米爾力。該效應(yīng)由荷蘭物理學(xué)家卡西米爾于1948年提出，用以驗(yàn)證量子漲落的存在。

只有當(dāng)兩個中性金屬板間的距離非常小時，卡西米爾效應(yīng)才可以被檢測到。由于實(shí)驗(yàn)要求的精度非常高，直到1996年科學(xué)家才對卡西米爾力進(jìn)行了首次測量，實(shí)際測量結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果十分吻合。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在10納米間隙上，卡西米爾效應(yīng)能產(chǎn)生大約1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力。在亞微米尺度上，卡西米爾力是中性導(dǎo)體之間的主要作用力。

虛粒子雖然存在時間很短，但看起來似乎是有物質(zhì)憑空無中生有。那真是這樣嗎？

其實(shí)嚴(yán)格一點(diǎn)來講，所謂的無中生有其實(shí)并不是真的有物質(zhì)憑空產(chǎn)生，而是看不見、摸不著的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱宋镔|(zhì)。空無一物的真空中雖然并不存在實(shí)物，但根據(jù)量子場論的觀點(diǎn)，真空中充滿了零點(diǎn)能，以及看起來虛無縹緲的場態(tài)物質(zhì)，比如電磁場。

真空零點(diǎn)能指的是真空中蘊(yùn)藏著的巨大本底能量，是一種即使在在絕對零度條件下或沒有任何物質(zhì)存在的狀態(tài)下，也仍然存在的一種能量。它的存在是由海森堡不確定性原理推導(dǎo)出的。

既然虛粒子對在真空中會不斷出現(xiàn)和消失，那虛粒子有沒有可能變成實(shí)粒子？

還真有這個可能！量子漲落現(xiàn)象在宇宙中無處不在。如果量子漲落現(xiàn)象發(fā)生在黑洞事件視界邊界處，當(dāng)虛粒子對中的其中一個粒子不小心被黑洞捕獲吞噬后，另一個粒子就會轉(zhuǎn)化為實(shí)粒子。

1974年英國理論物理學(xué)家霍金還據(jù)此提出了霍金輻射，認(rèn)為黑洞會因?yàn)榱孔訚q落現(xiàn)象的影響而向外界發(fā)出輻射。在量子漲落的作用下，虛粒子在黑洞的引力場中可以獲得能量并轉(zhuǎn)化為實(shí)粒子，形成黑洞的熱輻射。這種輻射并不直接來自于黑洞本身。

雖然目前尚未實(shí)際觀察到霍金輻射的存在，但它是一個令人信服的理論。霍金認(rèn)為，這種輻射會導(dǎo)致黑洞的質(zhì)量逐漸降低，如果時間足夠長黑洞會蒸發(fā)直至消失，并且質(zhì)量越小的黑洞蒸發(fā)得越快。