“正能量”究竟是什么?

作者:赖仲达来源:蝌蚪五线谱发布时间:2014-03-26

“正能量”一词本身来源于理论物理学,是物理学家于上世纪中叶提出的一个概念。那么,它究竟是什么意思呢?敬请期待探索解密。

  如今,“正能量”一词被大众用来表达积极和乐观的心态,同时也在互联网上迅速蹿红了起来。新浪、新华、人民网等这些新闻门户上面经常会看到带有“传播正能量”的新闻标题,这句短语现已经成为当今世界报纸媒体的主流话题,人人都想成为一个正能量性格的人,从而很多人现在都在用积极的心态演绎每一天。然而大家可能不知道的是,其实“正能量”一词本身来源于理论物理学,是物理学家于上世纪中叶提出的一个概念。那么,它究竟是什么意思呢?

  正能量这个词汇,最初来源于物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac),是他最初在物理学巨著《量子力学原理》中正式提出这样的理论。有些人可能会误以为物体做正功就是具有正能量,其实不然。实际上,正能量是物理学上的一种属性,它总是伴随着负能量而相互存在。要理解正能量究竟是什么,我们首先要来了解一个名词:真空零点能。物理学上规定正能量就是指高于真空零点能的能量。

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保罗·狄拉克(Paul Dirac)

  大家都知道,在经典物理学中,对于真空的定义是抽去空气的空间。在平常人看来,真空是一个空空如也的区域,里面不存在什么物质和能量。但在量子力学中这种说法简直就是大错特错,量子力学认为:真空并非是完全空的,非但如此,在真空里面存在着大量正反虚粒子对,这些起伏的虚粒子对反复产生而又相互湮灭,这种效果我们叫它“量子涨落”,它使得真空中充满着大量能量,这种能量是普通粒子谐振的动能来源。

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量子起伏涨落

  为了验证这些虚粒子能量的存在,上世纪40年代,物理学家亨德里克·卡西米尔(Hendrik B. G. Casimir)曾经设计过一个量子化的实验:考虑一对接地、电中性的金属板,将其放置在真空当中。此时,倘若有虚光子(粒子)存在于金属板内部(也可以看作量子化辐射的光子气),假设其波长等于两个金属板的间隔——当金属板相互靠拢的时候,其间隔就会变小,虚光子(粒子)由于波长相对变长就会被挤压出去。越相互靠拢,金属板内部的虚粒子就会越少,这样就会导致金属板外侧的虚粒子比内侧的要多得多。

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卡西米尔效应

  此时,由于金属板外侧的虚粒子数目大于内侧,因而外侧的虚粒子就会对两片金属板产生一种向内靠拢的压力,就好像内部抽去空气的矿泉水瓶外层的大气压力一样。后来,这种力真被科学家探测到了,从而也就证实了真空中确实存在一种由量子涨落所产生的本底能量。为了纪念这位卡西米尔的功绩,物理学家将这个效果称作卡西米尔效应(这个力也叫“卡西米尔力”)。

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卡西米尔效应

  现在我们知道了,卡西米尔力的产生是源自于真空中蕴含着的虚粒子的能量。那么,这种能量也被普遍看作一个物理系统当中最低能级的能量,我们把该系统的状态叫做“基态”。众所周知,原子是由若干个电子和一个原子核组成。电子的运转靠库仑力支持,而在量子力学当中,库仑力是电子交换虚光子所产生的一种基本力——这样,当电子处于最低能级(-13.6eV)也就是基态时,虚光子所有的能量就是真空能,它也可以被解释为量子谐振的最低能量,在零点(绝对零度)时给粒子提供动能。所以,真空能也被称作“真空零点能”,这便是学术上的标准称谓。

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正能量与负能量

  前面我们说过,正能量在物理学上的概念就是大于这种真空零点能的能量。那么,既然存在正能量,那现在就有一个问题出现了,那就是——是否有与其相反的负能量存在呢?答案是肯定的,并且,高于真空零点能的被称作“正能”,那么反过来,当物质的能量密度低于真空零点能的时候,我们就说该物体具有负能量。

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