一个在真空中旋转的球,如果排除外界的引力、电磁力的作用,那么它将旋转到地老天荒,也不会停下来。经典物理学的教科书上是这么说的,因为在没有外力作用的情况下,角动量和能量要保持守恒。
但是Ebet官网登陆,经常跟经典物理学作对的量子力学再次做出惊人的预言:真空中旋转的球速度将会逐渐慢下去,直至完全停止!
难道在量子力学中角动量和能量可以不守恒吗?非也!原因是,真空也有摩擦力!
我们通常认为,真空嘛,就是空无一物、什么都没有的空间Ebet官网登陆。这也是经典物理学秉持的看法。
但量子力学却告诉我们Ebet官网登陆,真空并不真的是空的Ebet官网登陆,而是充满了此起彼伏的量子涨落:大量正反粒子对不断地产生又湮灭。由于这些粒子存在时间极短Ebet官网登陆,故称“虚粒子”Ebet官网登陆。
原则上,真空可以产生任何虚粒子。但由于在量子涨落中,涨落幅度越小的量子出现的概率越大,而在所有基本粒子中Ebet官网登陆,光子的静止质量为零Ebet官网登陆,产生它的量子涨落幅度最小Ebet官网登陆,所以虚光子最容易产生。
通常情况下,我们是探测不到这些虚光子的Ebet官网登陆,但它们可以产生实实在在的影响Ebet官网登陆。比如Ebet官网登陆,可以像实粒子一样撞击真空中的物体Ebet官网登陆。
由于虚光子的运动是完全随机的,当物体静止的时候,来自不同方向的撞击相互抵消,所以在物体上显不出什么效果来。但一旦物体运动起来,情况就不一样了。
假设现在有两个虚光子A和B,它们的运动速度一样,但方向相反,A与物体的运动方向一致,B与物体的运动方向相反。A从后面撞击物体,使其获得能量,加速;而B从前面撞击物体,使其损失能量,减速Ebet官网登陆。
从字面上看,一个加速Ebet官网登陆,一个减速,抵消之后Ebet官网登陆,似乎物体应该保持原来的速度。但事实上,并非如此。学过中学物理的人都知道,A的撞击使物体获得的能量总是要小于B的撞击使物体损失的能量Ebet官网登陆Ebet官网登陆,最终结果是,物体减速Ebet官网登陆。生活中,汽车面对面相撞往往比追尾相撞要损失严重,正是这个道理。
这就不难理解,对于在真空中旋转的球,尽管虚光子的撞击来自四面八方,但最终结果却是让它的转动减速,直至停止Ebet官网登陆。
其实,这跟球在静止的空气中旋转Ebet官网登陆Ebet官网登陆,最终会停下来是一个道理。只不过,一个受到的是虚光子的撞击,另一个受到的是空气分子的撞击。
真空的这种效应Ebet官网登陆,其强度取决于物体的构成和大小。那些用不容易吸收电磁波的材料(如金)做的物体Ebet官网登陆,可能很少减速或根本不减速。因为物体与虚光子相撞,涉及到光子的吸收和重新发射(这与两个宏观物体之间的相撞有所不同)Ebet官网登陆。物体质量越大,自然也越不容易减速,因为真空的摩擦力毕竟是很小的Ebet官网登陆。所以,旋转物体如果是容易吸收电磁波又质量微小的颗粒物,减速就会比较明显。
减速的快慢还取决于温度,因为温度越高Ebet官网登陆,真空中产生的虚光子就越多Ebet官网登陆。在室温下,一粒直径100纳米(差不多是大多数星际尘埃的量级)的石墨球,将需要大约10年才能减速到其初始转速的三分之一。在700℃下,下降同样的速度只需要90天。在接近绝对零度(大部分星际空间的温度)时,则需要270万年。
当物体减速时,它所失去的旋转能量将会以真实的、可探测的光子的形式发射出来。但很遗憾,探测这种光子需要很高的精度Ebet官网登陆,超出了我们目前的技术水平Ebet官网登陆Ebet官网登陆。