网摘：
虚粒子的定义性质及概念应用
（标题是另加的）
定义
根据量子力学的不确定性原理，宇宙中的能量于短暂时间内在固定的总数值左右起伏，起伏越大则时间越短，从这种能量起伏产生的粒子就是虚粒子。当能量恢复时，虚粒子湮灭。消失，比如虚粒子就可以做到虚粒子是构成虚物质的微粒，和实物粒子有非常密切的关系，分布在实物粒子的周围，与实物粒子具有类似的性质。虚粒子不是为了研究问题方便而人为地引入的概念，而是一种客观存在。
虚粒子用来描述承载力的粒子，包括引力子(承载引力)、胶子(承载强力)、光子(承载电磁力)、和玻色子(承载弱力)。
性质
大多数人认为，真空是空荡荡的。但是，根据量子电动力学(一门在非常小的规模上描述宇宙行为的理论)，没有比这种观点更加荒谬的了。实际上，真空中到处充满着称作"零点能"的电磁能，这正是麦克莱希望加以利用的能量。"零点能"中的"零"指的是，如果把宇宙温度降至绝对零度(宇宙可能的最低能态)，部分能量就可能保留下来。实际上，这种能量是相当多的。物理学家对究竟有多少能量仍存在分歧，但麦克莱已经计算出，大小相当于一个质子的真空区所含的能量可能与整个宇宙中所有物质所含的能量一样多。平行板电容器在辐射场真空态中存在吸引力的现象称为卡西米尔效应。考虑一个辐射的电磁场，根据波粒二象性，辐射场可以看作是光子气，而光子气可看作是电磁辐射场的简谐振动。电磁场量子化后，可把辐射场哈密顿写成二次量子化的形式。
可见对每个振动模式k，都有零点能(真空能)存在，这个结果是引入场量子化后的自然结果。由于真空能量的存在可以带来实验可观测的物理效应--卡什米尔效应。考虑一对距离为a的平行板电容器放在辐射场中，边界条件为:。可见随平行板距离的增大，所允许的振动模式越多，因此平行板电容器之间由于真空能量的存在而存在一种吸引力--卡什米尔力。反之如果认为不存在真空能，则没有这种力。在具体的计算过程中，由于U(a)的积分(求和)是发散的。为得到收敛的结果，数学上人为地引入一个切断因子。
在物理学里，虚粒子(virtual particle)是存在于极短的时间以及空间内。由于测不准原理的关系，虚粒子的能量与动量都是不确定的。虚粒子也有一些和实粒子(real particle)相同的特性，像是遵守守恒定理。如果一个单一的粒子被侦测到，那代表了他存在的时间被延长到了使他不可能成为虚粒子的程度。虚粒子被用来描述那些无法用实粒子来描述的基本交互作用力的量子，静力场就是其中一个例子，像是电场或磁场，或是任何一种场，都无法以光的速度从一个位置来携带讯息至另一个位置(借由场来传播的资讯必须由实粒子来当载子)。虚光子也是一种近场的主要载子，而这种近场是一种短距的效应，而且不会拥有像电磁波的光子那样的特色。举个例子来说，当能量从缠绕的变压器到另一台变压器，或到MRI的扫描器上时，就量子而言这种携带能量的是虚光子而不是实光子。虚粒子是由无质量的粒子所组成，像是光子，但虚粒子也是可能有质量的且被称之为离壳。因为他们只存在极短的时间里面(称之为有限的"range")，所以这些虚光子被允许拥有质量。这是根据不确定原理而来的，不确定原理允许粒子借来的能量乘上他们存在的时间小于普朗克常数即可。拥有质量更使得了单一的虚粒子更容易从带电的基本粒子被创造和射出，而这对于无质量的光子在没有违反能量跟动量守恒之下是不可能发生的(单一的实粒子要被创造或射出必定是拥有两个以上粒子的系统)。对于那些有真正有质量的粒子，他们的虚态仍然会破坏狭义相对论理的能量动量关系， 有质量的粒子基本上都会利用以下的关系来预测:
E − pc = mc 因为这些理由，通常力的载子都是无质量的，主要的例外就是弱作用力中的W+/-和Z玻色子。虚粒子的概念很接近量子波动的想法。虚粒子可以被想成是进入一种实体的量，就像是电场一般，而这个量是在量子力学所要求的期望值附近扰动。
在国际天文学联合会大会上，科学家宣布了对宇宙极限分辨率的研究，担心未来的望远镜无法看到更加清晰的宇宙。在量子力学的尺度上，科学家预言宇宙中存在虚粒子，后续的粒子物理实验也不断观测到这些粒子现象。当遥远宇宙的光通过长距离的空间时，由虚粒子引发的时空泡沫就会产生干扰，这可能是未来望远镜观测上的一个技术瓶颈。
目前美国宇航局已经对这个现象进行研究，并在2018年发射的詹姆斯-韦伯望远镜进行验证。到目前为止，爱因斯坦的引力理论与量子力学还没有完美融合，如果我们能够弄清楚两种理论的特点，就能够创造出更先进的望远镜，度遥远星系的详细结构进行观测。在新的量子理论诞生之前，我们仍然受到宇宙观测分辨率的限制，宇宙的更大奥秘也可能永远隐瞒。
在"真空"的宇宙中，根据海森堡不确定性原理，会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子，然后瞬间消失，以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外产生的虚粒子对，其中一个被吸引进去，而另一个逃逸的情况。如果是这样，那个逃逸的粒子获得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想后来被证实，这种辐射被命名为"霍金辐射"。由于它是向外带去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的质量也会渐渐变小，消失;它也向外带去信息，所以不违反信息定律。
事实上，实粒子与虚粒子并没有一条很清楚的界线--物理上的方程式只是描述粒子(两者都等价的包含在里面)。虚粒子存在的振幅和不存在的振幅抵消，然而对于实粒子的状况来说，存在与不存在的振幅在互相之间达成的共振，且不再相消。就量子场论的观点而言，"实粒子"可以被视为在量子场论的基础之下可以被侦测到的激发态。就其本身而论，虚粒子也是一种在场的基础之下的激发态，但不同的是被侦测到的是力而不是粒子。
它们可以被"暂时的"被想成只出现在计算当中，而不是真正的被侦测到的粒子。因此，以数学的术语来说，它们在散射矩阵里根本没有出现任何的指标，也就是说，它们根本没有任何可以被观测到的部分。在这种图象之下，虚粒子是一种微扰理论的人为产物。
在现代物理中对虚粒子有两种主要的见解与想法。它们出现在费曼图的中间项，也就是说是微扰计算里的一个项。或是它们也出现来当作被加总或积分整个半非微扰的效应的无限多组态。就后面这种说法，有时候会被认为是虚粒子造成这种效应，亦或是因为虚粒子的存在而造成这种效应。
已经有许多可观测到的物理现象是因为虚粒子的交互作用而产生的。对于那些当它们是自由粒子且是"实"粒子的状况下还显示出有静止质量的玻色子，虚的交互作用由交换粒子而产生的相对短距离的力的交互作用来描绘。弱作用力和强作用力就是短距交互作用的两个例子，而且它们与场玻色子有关。
而对于重力与电磁力，没有静止质量的玻色子允许用虚粒子来扮演长距力之间的角色。然而，在光子的例子当中，能量以及资讯的传送是借由相对短距的虚粒子。
以下是一些可能被视为由虚粒子产生的场交互作用:
1、在电荷之间的库伦力(静态的电力)。它是由交换虚光子而来的。在对称的三维空间里这样的交换虚光子造成与距离平方的倒数成正比的电力。因为这种光子没有质量，所以电场的有效距离是无限的。
关于这个点，我再给大家举一个里一个例子，方便大家来理解。
粒子究竟是如何发生相互作用的?假如我们有两个带电粒子，我们将它们分别命名为A和B。如果A和B两个粒子都带负电，比如说它们或许都是电子，当然也有可能是μ介子，这不重要。重要的是，当这两个带有负电荷的粒子相互接近时，它们会相互排斥。
这样的排斥作用究竟是如何发生的?这两个粒子之间究竟是如何进行了沟通联系，从而知道对方的电荷属性并决定各自掉头，避免相互接触得到?
这是一个非常有趣的基础问题，可以想象，如果我们能够对这一问题给出令人满意的答案，我们将能够洞察关于宇宙的深刻而重要的秘密。
真实的情况很复杂，但物理学家们总结说:"它们交换了虚粒子"--多么简答明了的描述!典型的欺骗--用看似简单的名词，将所有复杂的过程和概念打包隐藏了起来。这样做很不错，但不幸的是，这样的描述并不十分准确。
不过这个案例，足以让你们理解和了解虚粒子的概念和作用了吧。
2、在磁偶极矩之间的磁场。它也是由交换虚光子而来，在对称的三维的空间这样的交换虚光子造成与距离平方的倒数成正比的磁力。因为这种光子也没有质量，所以磁场的有效距离也是无限的。
根据量子力学的不确定性原理，宇宙中的能量于短暂时间内在固定的总数值左右起伏，从这种能量起伏产生的粒子就是虚粒子。当能量恢复平衡时，虚粒子湮灭。
虚粒子用来描述承载力的粒子，包括引力子(承载引力)、胶子(承载强力)、光子(承载电磁力)、和玻色子(承载弱力)。
我们举例来说，我在《变化》中，就强调过真空不空。我个人的认为是真空不空，真空具有能量。我甚至相信这句话应该被作为定律被科学家所熟知。
支持真空的不空的理论有很多而且是相联系的。更体现了它的正确性。
支持理论1. 绝对零度不可达到，真空也不例外，所以真空是有能量的!!
支持理论2。海森堡不确定性原理表明，我们不可能同时精确地测出一对共轭量，所以，可以"空"，不能"无"。因此，在真空中，粒子不停地以虚粒子、虚反粒子对的形式产生，而又互相湮灭，在这个过程中，总的能量保持不变。
支持理论3、一个瑞典物理学家小组成功地实现了真正意义上的"无中生有"--首次从真空中创造出闪光。
该小组让一个特殊组件在磁场中以1/20倍光速移动，并通过改变磁场的方向导致该组件出现"震动"。这样做的结果是从真空中产生了一束粒子流--这完全符合理论预计。这一不寻常的发现被认为是物理学的一项重大进展，并引起了全世界物理学界的关注。
真空为什么不空，四大原因让你相信真空不空!
这一现象基于一个诡异的理论，量子力学。这一理论提出:真空并不存在，所谓的真空中其实充斥着粒子，只是这些粒子太微小，并且不断的产生和消失，因此难以探测。
支持理论4、卡西米尔效应。即在真空中两片平行的平坦金属板之间的吸引压力。这种压力是由平板之间空间中的虚粒子的数目比正常数目小造成的。
所以虚粒子虽然观测不到，但其存在还是有意义。再通俗给大家说一下。虚粒子是人为假设的粒子，目前的手段是观测不到的，如果观测到了，那就不是虚粒子了。
以"希格斯玻色子"来说，2013年之前，处于假说阶段，不一定存在。就可以说它是一种"虚粒子"，是为赋予其他质量而需要出现的一个粒子。2013年之后，证实其存在，自然就是实粒子。
再比如，引力子现在就是没有被证实的。可以说是一种"虚粒子"，就是传递引力的粒子，就好像是若隐若现于宇宙之中的，我们观测不到。它快闪快现，但宇宙整体其实是"平衡"的。
还有比如有"虚光子"这样词。其实也是虚粒子了。只是说有的假说粒子，在一开始就以其他名字存在的了。而一些现象，比如卡西米尔效应，为了解释这样的现象，我们说是虚粒子在起作用。当然也可以用"卡西米尔粒子"来说。假设过几年，人类研究卡西米尔效应时观察到了起作用的粒子，那么就会排除这种虚粒子微扰。将发现的这种粒子可以正式命名为"卡西米尔粒子。"
还要强调一点，虚粒子和反粒子是两个概念。反粒子都是实粒子。能够观察到的。
还有一个粒子，比如说暗物质，暗能量的概念，就和虚粒子的概念有接近。暗物质，暗能量的概念也是为了解释宇宙膨胀而假设出的物质。为了来迎合理论，不然现阶段观察不符合理论。
现实的宇宙法则，可能会令你大吃一惊。虚的不一定是虚的，有一天会变成实的，实的有一天会变成虚的。但虚和实都是一种客观存在。道家的宇宙哲学就是这样的。
摘自独立学者灵遁者量子力学科普书籍《见微知著》
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