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虛粒子不必具有和對應實粒子相等的質量。這是因爲它短命而且瞬變，所以不確定性原理允許它不必守恆能量和動量。虛粒子存活得越久，它的特徵就越接近實粒子。虛粒子出現在許多過程中，包括粒子擴散和卡西米爾效應。在量子場論中，即使是經典力 -- 例如電荷間的電磁吸引力和推斥力 -- 也可被認爲是源於荷間的虛光子交換。不應將反粒子跟虛粒子或者虛反粒子相混淆。

虛粒子實際上真的存在，它們有些效應是可觀測的，物理學家已經設計出幾套測量方法了。量子理論預測，每顆粒子都會和其他粒子以各種可能性結合在一起一段時間。量子力學允許（應該說是要求）能量暫時不守恆，因此，一顆粒子可以變成一對較重的「虛粒子」，之後又迅速復合為原初的粒子，好似這件事根本不曾發生一樣。 當這種量子現象發生在黑洞的視界邊緣，視界之外的虛粒子因為在視界之外，所以可以被觀測到，從而變為實粒子，而視界之內的虛粒子因為在視界之內，所以會被黑洞吞噬，不會被觀察到。 因為視界之外的粒子是帶有質量的真實粒子，由質量和能量守恆定律，視界之內被黑洞吞噬的粒子有負質量，所以黑洞的質量會因為這樣的作用而減少。

補充：反粒子

二十世紀物理學最重要的成就之一，就是認知宇宙中所有的物質都是由一些基本粒子組成的，這些基本粒子包括大家常聽到的電子、光子、夸克（夸克還分很多種類，如上夸克、下夸克等），以及或許比較陌生的微中子、緲子、W玻色子、Z玻色子、膠子等。

這些基本粒子有些帶有電荷，如電子、緲子、夸克、W玻色子，有些則不帶電荷，如光子、微中子、Z 玻色子；有些帶有色荷（color charge），如夸克、膠子，有些則不帶色荷，如電子。有些帶有弱荷（weak charge），如電子、W玻色子，有些則不帶弱荷，如光子、膠子。有些是費米子（fermion），帶有二分之一單位的自旋角動量（一單位自旋角動量等於普朗克常數除以2π即h／2π），如電子、夸克，有些是玻色子（boson），帶有一單位的自旋角動量，如光子、膠子。

除了上述各式基本粒子外，還有一些基本粒子因為它們可以說是上述粒子的「孿生姊妹」，所以有時候在表列基本粒子的時候，並不額外明列出來，這些粒子就是所謂的「反粒子（anti-particle）」。例如正子（positron）是電子的反粒子，反微中子是微中子的反粒子，反上夸克是上夸克的反粒子等。有時粒子與反粒子是同一個粒子，例如光子就是自己的反粒子。

為甚麼說反粒子是粒子的孿生姊妹？因為兩者的物理性質有密切關係。例如正子與電子有相同的質量，所帶的任何「荷」大小相等、符號相反（如正子帶正電，電子帶負電），而且都是自旋角動量為二分之一個單位的費米子。當正子與電子碰在一起的時候，兩者會相互消滅變成光子。其他對的粒子與反粒子的關係也類似如此，譬如反上夸克與上夸克的質量相等、電荷相反等等。

因為粒子與反粒子有這麼密切的孿生關係，我們可能會猜兩者在宇宙中占有相同的分量，也就是說例如宇宙中正子與電子的數目相等。然而事實並非如此–宇宙中粒子的數目遠大於反粒子的數目，亦即對於宇宙而言，粒子與反粒子並不是對稱的。目前物理學的大目標之一就是要了解這個不對稱的由來。

反粒子的身世相當曲折有趣–故事是這樣的：英國物理學家狄拉克（P.A.M. Dirac, 1902-1984）在一九二八年提出符合相對論要求的電子方程式（今天稱為狄拉克方程式），這方程式非常成功–狄拉克可以從中推導出所有已知的電子性質，但卻有一項致命缺點：它有負能量的解（量子狀態）。這些解似乎沒有物理意義，但是我們卻又不能隨便地拋棄它們，因為那會引來數學矛盾。

狄拉克在苦思之後，於一九三○年提出非常大膽的解決方案–他說具有負能量的量子狀態的確存在，但是它們已經被電子占據了，而又因為電子遵循不相容原理，所以其他電子無法進駐這些帶負能量的量子態，因此在一般狀況下，這些負能量態沒有任何作用。但是一旦某個負能量態「空」了出來，它的行為就會是像一個帶正電的粒子。

原先狄拉克以為原子核裡帶正電的質子就是這種粒子，隨後馬上有人指出這個觀點有問題。後來他才修正自己的看法，認為這個「空洞」其實是一種新粒子，也就是前面提到的正子。不久之後，安德森（Carl Anderson, 1905-1991）就在實驗室裡發現了正子，證實了狄拉克的理論。

狄拉克正確的預測可以說是理論物理最高的成就之一。現在我們已經了解，反粒子是量子力學與相對論結合後不可避免的結果，所以不只是電子有反粒子，所有粒子都有其反粒子。

來源：《科學發展》2003年11月，371期，51頁

反物質是一種人類陌生的物質形式，在粒子物理學裡，反物質是反粒子概念的延伸，反物質是由反粒子構成的。反物質和物質是相對立的，會如同粒子與反粒子結合一般，導致兩者湮滅並釋放出高能光子或伽瑪射線。

《變化》中說過，組成物質的基本粒子形態，應該有「正，中，反」三種形態。也符合現在的研究，也符合現在的哲學體系。

反物質，反粒子的存在，不是人類的悲哀。雖然這種「反物質危險論」是存在的。

宇宙大爆炸理論值得懷疑，很多點不能自圓其說。何況我們對於宇宙還沒有一個整體的認識，就不能說宇宙是膨脹的。我們現在看到的只能說是局部。

所以宇宙大爆炸初始正反物質等量的概念，我自然是不認同的。是的，我們周圍環境，都是正物質環境。反物質一出現，就會和正物質發生湮滅。

但情況遠遠沒有那麼簡單，我們周圍的環境是正物質環境，不代表沒有一處環境，不適合反物質存在。所以大規模的反物質一定有存在的空間。在浩瀚的宇宙中，只要我們人類活的夠久，走的夠遠，就一定能夠找到。

而且現在物理的規則顯示，他們不應該是等量的。宇宙是一個開放的系統。這也是我在《變化》中的觀點。一個開放的系統是不會有熵寂的。

假如宇宙是一個封閉的系統，又假如宇宙正是從大爆炸產生，而且正反物質等量，那才是人類的悲哀呢。一個封閉的系統，必然走向熵寂，人類自然也是曇花一現。

這樣考慮的話，我們還可以有一個大膽的推測。我們周圍的物質都是正物質，也可以說是「同類物質」。「同性相斥」在電磁學裡我們學過。引力又是宇宙中最弱的力。

我們一般認為磁場的延伸範圍是無限遠的。那我們現在所處的宇宙環境就是很多個磁場組成的「大磁場」。那麼在「同性相斥」的情況下，也能得出引力不足以拉住周圍的星系，看到宇宙是膨脹的！

其實這個假設的漏洞也明顯，那就是如何解釋離我們越遠的星系，膨脹速度越快。造成此原因的相干性理論也能有很多。所以我們要拆開來講，是很複雜的。