虛粒子

根據量子力學的不確定性原理，宇宙中的能量於短暫時間內在固定的總數值左右起伏，起伏越大則時間越短，從這種能量起伏產生的粒子就是虛粒子。當能量恢復時，虛粒子湮滅。虛粒子是構成虛物質的微粒，和實物粒子有非常密切的關係，分佈在實物粒子的周圍，與實物粒子具有類似的性質。虛粒子不是為了研究問題方便而人為地引入的概念，而是一種客觀存在。

虛粒子用來描述承載力的粒子，包括引力子（承載引力）、膠子（承載強力）、光子（承載電磁力）、和玻色子（承載弱力）。

大多數人認為，真空是空蕩蕩的。但是，根據量子電動力學（一門在非常小的規模上描述宇宙行為的理論），沒有比這種觀點更加荒謬的了。實際上，真空中到處充滿着稱作“零點能”的電磁能，這正是麥克萊希望加以利用的能量。“零點能”中的“零”指的是，如果把宇宙温度降至絕對零度（宇宙可能的最低能態），部分能量就可能保留下來。實際上，這種能量是相當多的。物理學家對究竟有多少能量仍存在分歧，但麥克萊已經計算出，大小相當於一個質子的真空區所含的能量可能與整個宇宙中所有物質所含的能量一樣多。平行板電容器在輻射場真空態中存在吸引力的現象稱為卡西米爾效應。考慮一個輻射的電磁場，根據波粒二象性，輻射場可以看作是光子氣，而光子氣可看作是電磁輻射場的簡諧振動。電磁場量子化後，可把輻射場哈密頓寫成二次量子化的形式。

可見對每個振動模式k，都有零點能（真空能）存在，這個結果是引入場量子化後的自然結果。由於真空能量的存在可以帶來實驗可觀測的物理效應——卡什米爾效應。考慮一對距離為a的平行板電容器放在輻射場中，邊界條件為：。可見隨平行板距離的增大，所允許的振動模式越多，因此平行板電容器之間由於真空能量的存在而存在一種吸引力——卡什米爾力。反之如果認為不存在真空能，則沒有這種力。在具體的計算過程中，由於U(a)的積分（求和）是發散的。為得到收斂的結果，數學上人為地引入一個切斷因子。

在物理學裏，虛粒子(virtual particle)是存在於極短的時間以及空間內。由於測不準原理的關係，虛粒子的能量與動量都是不確定的。虛粒子也有一些和實粒子(real particle)相同的特性，像是遵守守恆定理。如果一個單一的粒子被偵測到，那代表了他存在的時間被延長到了使他不可能成為虛粒子的程度。虛粒子被用來描述那些無法用實粒子來描述的基本交互作用力的量子，靜力場就是其中一個例子，像是電場或磁場，或是任何一種場，都無法以光的速度從一個位置來攜帶訊息至另一個位置(藉由場來傳播的資訊必須由實粒子來當載子)。虛光子也是一種近場的主要載子，而這種近場是一種短距的效應，而且不會擁有像電磁波的光子那樣的特色。舉個例子來説，當能量從纏繞的變壓器到另一台變壓器，或到MRI的掃描器上時，就量子而言這種攜帶能量的是虛光子而不是實光子。虛粒子是由無質量的粒子所組成，像是光子，但虛粒子也是可能有質量的且被稱之為離殼。因為他們只存在極短的時間裏面(稱之為有限的"range")，所以這些虛光子被允許擁有質量。這是根據不確定原理而來的，不確定原理允許粒子借來的能量乘上他們存在的時間小於普朗克常數即可。擁有質量更使得了單一的虛粒子更容易從帶電的基本粒子被創造和射出，而這對於無質量的光子在沒有違反能量跟動量守恆之下是不可能發生的(單一的實粒子要被創造或射出必定是擁有兩個以上粒子的系統)。對於那些有真正有質量的粒子，他們的虛態仍然會破壞狹義相對論理的能量動量關係， 有質量的粒子基本上都會利用以下的關係來預測:

E − pc = mc 因為這些理由，通常力的載子都是無質量的，主要的例外就是弱作用力中的W+/-和Z玻色子。虛粒子的概念很接近量子波動的想法。虛粒子可以被想成是進入一種實體的量，就像是電場一般，而這個量是在量子力學所要求的期望值附近擾動。

科學家發現宇宙存在分辨率的極限，這就是説我們可能無法看到更加遙遠的宇宙。如果你站在數米之外，那麼一般人的肉眼分辨率有一個極限，這是光學系統的最佳分辨距離。在天文學上，其工作原理也是一樣的，這就是解釋了我們為什麼無法建造更大的望遠鏡，即便造出來了，也看不到更遙遠的宇宙。最新的一項研究認為，宇宙實際上也有基本的分辨率極限，觀測受到了限制。

目前世界上比較大的望遠鏡直徑在10米左右，計劃建造的望遠鏡達到30至40米，比如極大望遠鏡。如果宇宙存在極限分辨率，那麼望遠鏡的直徑也有上限，無論如何調整我們的光圈大小，也無法看到更加遙遠的宇宙。事實上我們觀測宇宙主要依靠光，遙遠宇宙光傳播到望遠鏡中需要通過大氣湍流，這會形成一定的干擾。於是我們把望遠鏡安置到軌道上，可以解決，通過自適應光學系統技術也能夠修正。

在國際天文學聯合會大會上，科學家宣佈了對宇宙極限分辨率的研究，擔心未來的望遠鏡無法看到更加清晰的宇宙。在量子力學的尺度上，科學家預言宇宙中存在虛粒子，後續的粒子物理實驗也不斷觀測到這些粒子現象。當遙遠宇宙的光通過長距離的空間時，由虛粒子引發的時空泡沫就會產生干擾，這可能是未來望遠鏡觀測上的一個技術瓶頸。

目前美國宇航局已經對這個現象進行研究，並在2018年發射的詹姆斯-韋伯望遠鏡進行驗證。到目前為止，愛因斯坦的引力理論與量子力學還沒有完美融合，如果我們能夠弄清楚兩種理論的特點，就能夠創造出更先進的望遠鏡，對遙遠星系的詳細結構進行觀測。在新的量子理論誕生之前，我們仍然受到宇宙觀測分辨率的限制，宇宙的更大奧秘也可能永遠隱瞞。 ^[2] 

在“真空”的宇宙中，根據海森堡不確定性原理，會在瞬間憑空產生一對正反虛粒子，然後瞬間消失，以符合能量守恆。在黑洞視界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外產生的虛粒子對，其中一個被吸引進去，而另一個逃逸的情況。如果是這樣，那個逃逸的粒子獲得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮滅，可以逃逸到無限遠。在外界看就像黑洞發射粒子一樣。這個猜想有待證實。這種輻射被命名為“霍金輻射”。由於它是向外帶去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的質量也會漸漸變小，消失；它也向外帶去信息，所以不違反信息定律。