量子涨落是否违反能量守恒定律
现在知道，在这个“虚无”的真空中，到处存在着量子涨落，伴随着这种涨落的同时也诞生出“虚粒子”，但“虚粒子“一出现在一瞬间马上相互湮灭并转化为能量。我想问的是：这能量从哪里来？难道说在真空的某处由于”虚粒子“的湮灭从而使那处的能量增大，但同时的在某处那里的能量正在减小？我现在只知道量子涨落是一个“无中生有”的过程，那么在粒子产生和湮灭前原本真空中应该是没有能量的，这样的话在湮灭发生后产生的能量到哪里去了，又是如何保持能量守恒的呢？
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“量子涨落：测不准原理允许的虚无空间状态的暂时性变化。量子测不准原理允许从完全全空无一物中间出现少许能量，前提是该能量在很短时间内重归消失（涨落涉及的能量越小，它持续的时间越长）”
动量p和位置q，它们真正地是“不共戴天”。只要一个量出现在宇宙中，另一个就神秘地
消失。要么，两个都以一种模糊不清的面目出现。海森堡很快又发现了另一对类似的仇敌
，它们是能量E和时间t。只要能量E测量得越准确，时刻t就愈加模糊；反过来，时间t测
量得愈准确，能量E就开始大规模地起伏不定。而且，它们之间的关系遵守相同的不确定
性规则：
△E×△t > h/2π
各位看官，我们的宇宙已经变得非常奇妙了。各种物理量都遵循着海森堡的这种不确定性
原理，此起彼伏，像神秘的大海中不断升起和破灭的泡沫。在古人看来，“空”就是空荡
荡无一物。不过后来人们知道了，看不见的空气中也有无数分子，“空”应该指抽空了空
气的真空。再后来，人们觉得各种场，从引力场到电磁场，也应该排除在“空”的概念之
外，它应该仅仅指空间本身而已。
但现在，这个概念又开始混乱了。首先爱因斯坦的相对论告诉我们空间本身也能扭曲变形
，事实上引力只不过是它的弯曲而已。而海森堡的不确定性原理展现了更奇特的场景：我
们知道t测量得越准确，E就越不确定。所以在非常非常短的一刹那，也就是t非常确定的
一瞬间，即使真空中也会出现巨大的能量起伏。这种能量完全是靠着不确定性而凭空出现
的，它的确违反了能量守恒定律！但是这一刹那极短，在人们还没有来得及发现以前，它
又神秘消失，使得能量守恒定律在整体上得以维持。间隔越短，t就越确定，E就越不确定
，可以凭空出现的能量也就越大。
所以，我们的真空其实无时无刻不在沸腾着，到处有神秘的能量产生并消失。爱因斯坦告
诉我们，能量和物质可以互相转换，所以在真空中，其实不停地有一些“幽灵”物质在出
没，只不过在我们没有抓住它们之前，它们就又消失在了另一世界。真空本身，就是提供
这种涨落的最好介质。
现在如果我们谈论“空”，应该明确地说：没有物质，没有能量，没有时间，也没有空间
。这才是什么都没有，它根本不能够想象（你能想象没有空间是什么样子吗？）。不过大
有人说，这也不算“空”，因为空间和时间本身似乎可以通过某种机制从一无所有中被创
造出来，我可真要发疯了，那究竟怎样才算“空”呢？
*********
饭后闲话：无中生有
曾几何时，所有的科学家都认为，无中生有是绝对不可能的。物质不能被凭空制造，能量
也不能被凭空制造，遑论时空本身。但是不确定性原理的出现把这一切旧观念都摧枯拉朽
一般地粉碎了。
海森堡告诉我们，在极小的空间和极短的时间里，什么都是有可能发生的，因为我们对时
间非常确定，所以反过来对能量就非常地不确定。能量物质可以逃脱物理定律的束缚，自
由自在地出现和消失。但是，这种自由的代价就是它只能限定在那一段极短的时间内，当
时刻一到，灰姑娘就要现出原形，这些神秘的物质能量便要消失，以维护质能守恒定律在
大尺度上不被破坏。
不过上世纪60年代末，有人想到了一种可能性：引力的能量是负数（因为引力是吸力，假
设无限远的势能是0，那么当物体靠近后因为引力做功使得其势能为负值），所以在短时
间内凭空生出的物质能量，它们之间又可以形成引力场，其产生的负能量正好和它们本身
抵消，使得总能量仍然保持为0，不破坏守恒定律。这样，物质就真的从一无所有中产生
了。
许多人都相信，我们的宇宙本身就是通过这种机制产生的。量子效应使得一小块时空突然
从根本没有时空中产生，然后因为各种力的作用，它突然指数级地膨胀起来，在瞬间扩大
到整个宇宙的尺度。MIT的科学家阿伦•古斯（Alan Guth）在这种想法上出发，创
立了宇宙的“暴涨理论”（Inflation）。在宇宙创生的极早期，各块空间都以难以想象
的惊人速度暴涨，这使得宇宙的总体积增大了许多许多倍。这就可以解释为什么今天它的
结构在各个方向看来都是均匀同一的。
暴涨理论创立以来也已经出现多个版本，不过很难确定地证实这个理论究竟是否正确，因
为宇宙毕竟不像我们的实验室可以随心所欲地观测研究。但大多数物理学家对其还是偏爱
的，认为这是一个有希望的理论。1998年，古斯还出版了一本通俗的介绍暴涨的书，他最
爱说的一句话是：“宇宙本身就是一顿免费午餐。”意思是宇宙是从一无所有中而来的。
不过，假如再苛刻一点，这还不能算严格的“无中生有”。因为就算没有物质，没有时间
空间，我们还有一个前提：存在着物理定律！相对论和量子论的各种规则，比如不确定原
理本身又是如何从无中生出的呢？或者它们不言而喻地存在？我们越说越玄了，这就打住
吧。
动量p和位置q，它们真正地是“不共戴天”。只要一个量出现在宇宙中，另一个就神秘地
消失。要么，两个都以一种模糊不清的面目出现。海森堡很快又发现了另一对类似的仇敌
，它们是能量E和时间t。只要能量E测量得越准确，时刻t就愈加模糊；反过来，时间t测
量得愈准确，能量E就开始大规模地起伏不定。而且，它们之间的关系遵守相同的不确定
性规则：
△E×△t > h/2π
各位看官，我们的宇宙已经变得非常奇妙了。各种物理量都遵循着海森堡的这种不确定性
原理，此起彼伏，像神秘的大海中不断升起和破灭的泡沫。在古人看来，“空”就是空荡
荡无一物。不过后来人们知道了，看不见的空气中也有无数分子，“空”应该指抽空了空
气的真空。再后来，人们觉得各种场，从引力场到电磁场，也应该排除在“空”的概念之
外，它应该仅仅指空间本身而已。
但现在，这个概念又开始混乱了。首先爱因斯坦的相对论告诉我们空间本身也能扭曲变形
，事实上引力只不过是它的弯曲而已。而海森堡的不确定性原理展现了更奇特的场景：我
们知道t测量得越准确，E就越不确定。所以在非常非常短的一刹那，也就是t非常确定的
一瞬间，即使真空中也会出现巨大的能量起伏。这种能量完全是靠着不确定性而凭空出现
的，它的确违反了能量守恒定律！但是这一刹那极短，在人们还没有来得及发现以前，它
又神秘消失，使得能量守恒定律在整体上得以维持。间隔越短，t就越确定，E就越不确定
，可以凭空出现的能量也就越大。
所以，我们的真空其实无时无刻不在沸腾着，到处有神秘的能量产生并消失。爱因斯坦告
诉我们，能量和物质可以互相转换，所以在真空中，其实不停地有一些“幽灵”物质在出
没，只不过在我们没有抓住它们之前，它们就又消失在了另一世界。真空本身，就是提供
这种涨落的最好介质。
现在如果我们谈论“空”，应该明确地说：没有物质，没有能量，没有时间，也没有空间
。这才是什么都没有，它根本不能够想象（你能想象没有空间是什么样子吗？）。不过大
有人说，这也不算“空”，因为空间和时间本身似乎可以通过某种机制从一无所有中被创
造出来，我可真要发疯了，那究竟怎样才算“空”呢？
*********
饭后闲话：无中生有
曾几何时，所有的科学家都认为，无中生有是绝对不可能的。物质不能被凭空制造，能量
也不能被凭空制造，遑论时空本身。但是不确定性原理的出现把这一切旧观念都摧枯拉朽
一般地粉碎了。
海森堡告诉我们，在极小的空间和极短的时间里，什么都是有可能发生的，因为我们对时
间非常确定，所以反过来对能量就非常地不确定。能量物质可以逃脱物理定律的束缚，自
由自在地出现和消失。但是，这种自由的代价就是它只能限定在那一段极短的时间内，当
时刻一到，灰姑娘就要现出原形，这些神秘的物质能量便要消失，以维护质能守恒定律在
大尺度上不被破坏。
不过上世纪60年代末，有人想到了一种可能性：引力的能量是负数（因为引力是吸力，假
设无限远的势能是0，那么当物体靠近后因为引力做功使得其势能为负值），所以在短时
间内凭空生出的物质能量，它们之间又可以形成引力场，其产生的负能量正好和它们本身
抵消，使得总能量仍然保持为0，不破坏守恒定律。这样，物质就真的从一无所有中产生
了。
许多人都相信，我们的宇宙本身就是通过这种机制产生的。量子效应使得一小块时空突然
从根本没有时空中产生，然后因为各种力的作用，它突然指数级地膨胀起来，在瞬间扩大
到整个宇宙的尺度。MIT的科学家阿伦•古斯（Alan Guth）在这种想法上出发，创
立了宇宙的“暴涨理论”（Inflation）。在宇宙创生的极早期，各块空间都以难以想象
的惊人速度暴涨，这使得宇宙的总体积增大了许多许多倍。这就可以解释为什么今天它的
结构在各个方向看来都是均匀同一的。
暴涨理论创立以来也已经出现多个版本，不过很难确定地证实这个理论究竟是否正确，因
为宇宙毕竟不像我们的实验室可以随心所欲地观测研究。但大多数物理学家对其还是偏爱
的，认为这是一个有希望的理论。1998年，古斯还出版了一本通俗的介绍暴涨的书，他最
爱说的一句话是：“宇宙本身就是一顿免费午餐。”意思是宇宙是从一无所有中而来的。
不过，假如再苛刻一点，这还不能算严格的“无中生有”。因为就算没有物质，没有时间
空间，我们还有一个前提：存在着物理定律！相对论和量子论的各种规则，比如不确定原
理本身又是如何从无中生出的呢？或者它们不言而喻地存在？我们越说越玄了，这就打住
吧。
