狄拉克之海为什么比量子奇点简单什么是迪拉克之海？

狄拉克之海为什么比量子奇点简单什么是迪拉克之海

迪拉克之海与宇宙诞生大爆炸理论是目前最广为人知的宇宙诞生模型，多普勒红移和宇宙微波背景辐射等观测证据也给了大爆炸理论强有力的支撑。在继续之前，有必要先简单解释一下多普勒红移和微波背......接下来具体说说

量子力学的应用（3）：狄拉克之海

为何狄拉克之海单独说呢？因为对它印象深刻，很有意思。那么什么是狄拉克之海呢？

前文讲到，狄拉克方程有一个负能量的解，一般认为负能量的解是没意义的，都会自动舍掉，可狄拉克认为是有意义的。

我们知道电子的最低能级的轨道是靠前层，较多可以排两个电子。能级越低，电子越稳定，所以电子总是优先排靠前层，由于泡利不相容原理，靠前层被电子占据了，其他电子就只能排高能态的轨道。比如说，第二层，第三层等等。那么负能级又是什么鬼呢？

其实负能级就是比靠前层还靠前，狄拉克认为负能级是存在的，只是它已经被电子所占满，所以电子不能跃迁到负能级，真空中充满了负能级。那么怎样证明负能级真的存在呢？

如果我们用高能粒子轰击，负能级的电子可以被轰出来。这样负能级上就存在一个空穴，它是带正电的，质量与电子相同，这就是正电子，正电子是电子的反粒子。后来科学家真的发现了反电子，甚至所有的粒子都有对应的反粒子，比如反质子、反中子、反夸克。反粒子与所对应的粒子在质量、自旋、平均寿命和磁矩大小都相同；如果带电。两者所带电量相等而符号相反。磁矩和自旋的取向关系也相反。反粒子与所对应的粒子相遇就发生湮灭而转变为别的粒子。

值得注意的是，从这种意义上来讲，真空并不空，如果真的是负能级，它是怎么形成的呢？它应该是与宇宙起源密切相关的，毕竟宇宙中最浩瀚的是真空啊！ 所以弄懂了真空也就弄懂了宇宙的起源。宇 宙诞生之初肯定是没有真空的，我们只是关注恒星、行星的演化，并没有关注真空怎么形成。

【天文篇】迪拉克之海（狄拉克之海）-其一

1920年,保罗·迪拉克提出了迪拉克之海理论,这一理论的提出犹如天上的一道闪电,撼动了物理学的基础。

根据量子理论,电子其实可以被看成一种波,这种波会扩散到整个空间的每个角落。这意味着在原子之外,也会存在电子的“幽灵”——它的波函数。根据量子力学的不确定性原理,真空空间并不是绝对的空无。在那深不可测的层面,空间会突然裂开一个小口子,电子和正电子会迸发出来,转瞬即逝——这就产生了令人难以理解的电子自旋效应。

为了解释这个令理论物理学界摸不着头脑的怪象,迪拉克突然提出一个惊人的假说:真空其实是充满“负能量电子”的!它们与正电子相互作用,共同产生电子的自旋。这些隐藏的“负能量电子”充斥了整个空间,就像一片汪洋,所以被比喻为“迪拉克之海”。

当一个正电子跃迁到高能态时,它会被迪拉克之海中的一条负能量电子取代,就像填补一个口子,以保持电荷在时空中的总守恒。这就是电子得以跃迁的真正机制。

迪拉克之海理论的提出,如同天上的一道闪电,照亮了量子真空的动态本质和虚粒子的存在。它彻底改变了我们对空间和真空的固有观念——真空不再是绝对的空无,其中蕴含着神奇的物理活动。

这个理论还大胆预言了正电子的存在,这在后来的实验中得以辉煌地证实。这也证明了这个理论的无与伦比的伟大。

迪拉克之海理论产生了深远的影响,推动了量子力学的风暴般发展,量子场论和量子电动力学如雨后春笋般涌现,宇宙学和弦理论也由此而生。它彻底改变了我们对空间、时间和量子世界的理解。

【天文篇】迪拉克之海（狄拉克之海）-其二

迪拉克之海与宇宙诞生

大爆炸理论是目前最广为人知的宇宙诞生模型，多普勒红移和宇宙微波背景辐射等观测证据也给了大爆炸理论强有力的支撑。

在继续之前，有必要先简单解释一下多普勒红移和微波背景辐射。

” 多普勒红移 ”是指光源和观测者相对运动所产生的频谱变化。当光源和观测者正在接近,光的波长被压缩,吸收和发射光谱线的波长减小,这称为蓝移。当光源和观测者正在远离,光的波长被拉长,吸收和发射光谱线的波长增加,这称为红移。

多普勒效应

在天文学中,多普勒红移常被用来测量星系之间的相对速度。由于宇宙的扩展,大多数星系之间都在相互远离。所以,从它们发出的光看,其频谱会向红色方向移动——这就是宇宙中的多普勒红移。通过测量星系光谱中的红移量,可以计算出它们的相对远离速度,并推算出宇宙的扩展速度。

” 微波背景辐射 ”是宇宙最古老的电磁辐射,它起源于大爆炸后约38万年。

在大爆炸之初,宇宙处于极高温高密状态,各种粒子和光子处于热平衡。随着宇宙的快速膨胀和冷却,温度下降到约3000K时,电子和质子结合成氢原子。这种相变释放出的光子,就是微波背景辐射的前身。

微波背景辐射记录了早期宇宙的信息,它几乎均匀地充斥着整个空间,来自各个方向的频谱也基本相同。通过观测微波背景辐射,我们看到的是宇宙在38万年后的样子,这使得它成为研究早期宇宙的宝贵窗口。

言归正传。

大爆炸理论虽然能解释宇宙诞生是因为爆炸，但是无法解释为什么会爆炸，这些最初的物质或者能量来源于哪里，或者宇宙本身存在于哪里，迪拉克之海则给这个问题指出了一种可能性。

迪拉克之海理论预言,在这个世界中,正电子与负电子应当以相同的数量均匀分布。它们像两股互为镜像的白色光线,互相交织,充满整个空间。

然而,我们所观察到的宇宙却远非如此。在现实中,正电子卓然存在,而负电子几乎销声匿迹,就像一条光线突然消失不见。这显然与理论的预言相去甚远,产生了一个重大难题:正负电子为何会在宇宙中表现如此的不对称?

这个难题的起因有几个:

首先,根据迪拉克之海理论,正负电子理应以完全相同的方式存在于空间,数量也应该相等。然而现实却极其不对称,这必须意味着在早期宇宙发展过程中,大量的负电子被消灭了。

其次,相对论与广义相对论都无法解释这种高度的不对称。它们也预言正负电子应以对称的方式存在。

再次,负电子消灭的机制至今还没有令人满意的解释。如对称性破缺或轻夸克扰动等理论都无法完全解释观察到的极端不对称。

最后,如果找不到合理的消灭机制,我们对早期宇宙如何演化的理解将陷入困境。这涉及到在极高温和高密度条件下宇宙遵循的物理定律,而我们对此所知甚少。

同时,正负电子的不对称也关系到我们观测到的宇宙为何主要由物质构成,而非反物质。如果不能解释这一点,我们所处的宇宙本身也将无法理解。

迪拉克之海理论所预言的对称性,与我们观测到的宇宙的不对称性之间的矛盾,从某个侧面解释了宇宙本身的诞生。

这种可能性，就是从虚无中诞生一切的可能性。

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