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真空不空、无中生有



  真空技术是当今广泛应用的一项高技术.例如电视机显象管中的真空度达到几十亿分之一个大气压, 以保证图象清晰;在高能粒子加速器上, 为防止加速的基本粒子与管道中的空气分子相碰撞而损失能量, 需要管道保持几亿亿分之一个大气压的超高真空.在这样高的真空度下, 一立方厘米的空间内大约有上千个空气分子.科学家们把完全没有任何实物粒子存在的真空, 为`物理真空'.那么`物理真空'中真的一无所有吗? 

  真空非但不空, 而且非常复杂, 它是一个填满负能电子的海洋.本世纪二十年代, 英国物理学家狄拉克建立了一个正确描述极高速运动电子的狄拉克方程, 把狭义相对论和量子力学有机地结合起来了.并预言负能量的电子的存在.我们日常见到的物体带的都是正能量, 如高山流水、星移斗换等等, 总之, 我们所看到的世界是一个正能量的世界.可是, 在这个正能量世界的背后, 是一个绝对看不见的负能世界.虽然在我们生活的空间中充满密密麻麻的负能电子, 可是, 我们一点感觉不到它的存在.

  在负能量的世界中, 电子具有非常奇妙的性质.如果你想把它往前推, 它偏要向后退;你想把它拉向右边, 它偏要向左走.正能电子发光时, 它总是消耗能量;而负能电子发光时, 它却总是增加能量.如果地球上的河流中的水都是负能电子组成的话, 那将不是水往低处流, 而是水往高处流了.负能电子就是这样一种倔脾气, 因此, 有人称它为驴电子, 就象一头不听使唤的倔驴.

  狄拉克认为, 空间中驴电子塞得满满的, 它占据了空间中所有的席位, 而且不能随便运动.因此, 其奇妙的性质并不明显, 正能电子在充满驴电子的海洋中作跟驴电子无关的运动.这些负能电子好象是一头头沉睡中的`懒驴', 对外界似乎毫无反应.

  但是, 这些赖驴也有被`敲'醒的时候.当用光子轰击它们时, 如果光子的能量很小, 它们是很不在乎的, 也就好象是`对驴弹琴', 但如果光子的能量超过二倍电子静止能量时, 而光子的能量大于2mc 时, 情况就不一样了.驴电子能够吸收一个光子, 变成真正的电子, 而在它原来的位置上留下一个空穴.由于空穴的出现, 原来看不见的驴电子海洋现在就可以看见了.这个空穴就是一个单位正电荷, 且与正能电子行为相同的正电子.光子消失了, 但却从负能电子海洋中敲出了一对正、负电子.按我们通常的观点来说, 这对电子是`无中生有'地产生的.当然, 当正电子和负电子碰到一块时, 相反的过程也照样发生.电子填充到驴电子的空位上, 剩下的能量作为光子而放出.

  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.于是, 狄拉克的负能电子海洋就广为人们接受了.


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