狄拉克提出了“电子海”假说，认为所有的负能态都已被电子全部填满，这就阻止了正能态电子自动地向负能态跃迁。

现代科学认为“真空是量子场的基态”


信息发布[2006-11-23 15:22:08] 浏览次数[432] 信息来源[大连科普]
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20世纪30年代，英国物理学家狄拉克把狭义相对论和量子力学相结合，建立了相对论量子力学的狄拉克方程，但在该方程中出现了负能量的解——负能态。因为负能态比通常的正能态能量更低，根据量子跃迁理论，则一切正能态的粒子和物质都将无休止地向负能态“跃迁”，最终将导致“宏观物质全部解体”的结论。为了摆脱这种与事实不符的困境，狄拉克提出了“电子海”假说，认为所有的负能态都已被电子全部填满，这就阻止了正能态电子自动地向负能态跃迁。根据这一假设，所谓“真空”并不空，虽然正能态都是空的，但实际上负能态却都是被无数的负能电子所填满的大海。客观世界发生的一切物理现象都是以这个负能电子海为背景，而这个负能电子所填满的大海并不产生任何可观察到的效果。只有当负能电子吸收了足够的能量跃迁到正能态而成为一个普通电子时，在大海中才会留下一个可观测的空穴。这个空穴表示少了一个负电荷、负能量的粒子，也就是多了一个正电荷、正能量的粒子——正电子。到了1932年正电子果然被安德逊在宇宙射线中发现了。这是人类对真空认识的第一次飞跃。 狄拉克在建立相对论量子力学时，只是考虑了微观物质的一个特点——微观高速。但大量实验结果表明：当粒子在高能情况下相互作用时，能量的转移可以很大，以致于发生粒子的产生和消失，从而使系统的粒子数不再守恒。由此，在狄拉克理论基础上，到本世纪40年代，逐渐建立起了一种新的物理学理论，称为“量子场论”。根据这种理论，空间则充斥着一种叫“量子场”的物质，空间中有某种粒子的地方，那里的量子场就处于激发态；而不存在粒子的地方，量子场则处于基态。这样，真空就被看成是没有任何激发状态的物质，即真空是量子场系统的基态。这是人类对真空认识的又一次飞跃。量子场论对真空的解释，也得到了实验上的证实，这其中最典型的是氢原子能级的兰姆位移和电子的反常磁矩。这些实验同用量子场论理论计算得到的结果极相符，精确到小数点后十位数，这个结果已成为当前物理学中的佳话。因此，“真空是量子场的基态”这种对于真空的新认识，已成为现代物理学的一个基本观念。

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