关于带负能量粒子问题.pdf

第19卷第0期 量子电子学报 Vol19 No6 JOURNALOF El—ECTRONICSDec，2002 2002年12月 CHINESE QUANTUM 文章编号：1007—5461(2002)06—0488—03 关于带负能量粒子问题 刘发兴，，刘颂豪2胡义华3 (1广东工业大学番禺学院， 广州 510090)； (2华南师范大学量子电子学研究所， 广州 510631) (3广东_[业大学应用物理系，广州 510090) 摘 要 霍金等人在利用量子力学原理研究黑洞时得到了黑洞辐射的结果，在解释黑洞的这种辐射机制时崔金 提出了带负能量粒子的概念，本文根据这个负能量特子概念推断山负能量系统的一些可能的新规律。 关键词负能量；虚粒子；实粒子；时空 中图分类号：04131：04121文献标识码：A 1引 言 霍金(Hawking)等人在利用量子力学原理研究黑洞时得到了黑洞有辐射的结果．在解释黑洞的这种辐射 洞的温度公式： ，1=志一(了Q2¨2)j志， (1) T为黑洞的温度，^彳为质量，R为普朗克常数，k为玻耳兹曼常数，s为黑洞的熵，J为黑洞的角动量， T2志， (2) 丁与Ⅳ成反比．黑洞的质量越小，则温度越高，当黑洞的温度高于它的环境温度时，它必定向环境放出热辐 射． 这个结论与此前人们所认识的经典黑洞4i同，经典黑洞是广义相对论的结果，是一个没有任何东西可以 从其事件视界中逃逸的时空区域，而考虑量子力学原理的黑洞却必定向环境发出热辐射．如何解释这两个表 观矛盾的结果? 霍金在1974年在解释黑洞辐射时指出：黑洞的辐射只有通过量子效应来实现．黑洞附近真空产生虚粒 子对，虚粒子对在不断地产生和消失，虚粒子对的质量与能量涨落关系符合爱因斯坦的质能关系，寿命遵从 彳：确定性原理．虚粒子对在存在的时间内会分离一段时间，于是就有四种可能的过程：一，两个伙伴重新相 遇并相互湮灭；二，负能量虚粒子被黑洞捕获而正能量虚粒子在外部世界显形；三，正能量虚粒子被黑洞捕 获而负能虚粒子逃出；四，双双落入黑洞．经过计算，霍金发现过程二的几率最大．于是，由于黑洞有倾向 性地捕获带负能量的虚粒子，结果是黑洞自发地损失能量，而正能量虚粒子因没有负能量虚粒子与之相遇湮 灭而成为实粒子向外运动，可能穿出黑洞的外引力区．在外部看来，黑洞在辐射正能粒子流【“．这就是霍金 辐射． 在提出这个黑洞的辐射机制时，霍金提出了一种新的粒子对的现象．真空涨落产生的反粒子对中一个有 可能带上负能量的物理思想． 12 v吣 收稿口期·2(IOl 04 05；缍改日期：2002 万方数据 第6期 刘发兴等： 关于带负能量粒子问题 在黑洞视界附近的虚粒子对运动的四个过程中，过程二几率最大，在外界看来，虽然宏观效果是黑洞辐 射正能粒子流．但由文献f21知过程三也是存在的，即正能虚粒子被黑洞捕获而负能虚粒子逃出显形．为此， 在微观上却是正能粒了和负能粒子都可以从黑洞辐射出来，由于正负能粒子离开黑洞视界附近的时间和空间 位置不同，由于它们分布的空间广阔，很难把占少数的带负能量的粒子相遇而完全湮灭掉，这样就可以推断； 在宇宙空间有负能量实粒子存在． 上面从黑洞的霍金辐射机制推断出自然界允许负能量实粒子存在，那么，负能量实粒子的存在就应该不 依赖于黑洞的存在而存在．由不确定性原理 △E．Ath／2 知由正能一负能粒子对产生所引起真空能量的不确定或者说从真