离壳

物理名词

物理上，特别是量子场论中，物理系统的满足经典运动方程的位形称为在壳的，而其它的则称为离壳的。费曼图和内部传播子相关的虚拟粒子通常允许离壳，但该进程的幅度通常随着远离壳而减小；传播子通常在质量壳上有奇异点。

质量壳

该术语来自质量壳，也就是质量双曲面，它表示表述如下方程的解的能量－动量空间中的双曲面。

这描述了静质量为m的粒子的能量E和动量p的组合在经典狭义相对论中所允许的取值范围；这里的c是指光速。质量壳方程经常用四维动量来表达，并使用爱因斯坦求和约定和c= 1的单位制，也就是或者。

费曼图和内部传播子相关的虚拟粒子通常允许离壳，但该进程的幅度通常随着远离壳而减小；传播子通常在质量壳上有奇异点。

关于离壳集的常见误解是它们违反能量守恒，但是实际上它们不违反能量守恒－因为能量不能在任意小的时间段内精确定义（参看测不准原理）。能量定义在越长的时间段内，它可以定义得越精确。因此，虚拟粒子的能量是测不准原理所允许的任意值（粒子的能量乘上它们存在的时间小于普朗克常数）。

（在讨论传播子的时候，满足方程的E的负值被视为在壳的，虽然经典理论不允许粒子的能量为负值。这是因为传播子将在一个方向承载能量和它的反粒子在另一个方向承载能量的情况总和到一个表达式中；负和正的在壳E不过就是表达了正能量的不同方向的流动。）

虚粒子

虚粒子(virtual particle)，意即虚构粒子、假想粒子，是在量子场论的数学计算中建立的一种解释性概念，指代用来描述亚原子过程例如撞击过程中粒子的数学项。但是，虚粒子并不直接出现在计算过程的那些可观测的输入输出量中，那些输入输出量只代表实粒子。虚粒子项代表那些所谓离质量壳(off mass shell)的粒子。例如，它们沿时间反演、能量不守恒、以超光速移动，每条看起来都和物理基本原理相悖。虚粒子发生在那些大致可被实输出量相消的组合项中，因此才产生了前述那些不实的冲突。虚粒子的虚“事件”通常看起来是一个紧接着另一个发生，例如在一次撞击的时长中，所以他们显得短命。如果在计算中略去那些被诠释为代表虚粒子的数学项，计算结果将变成近似值，有可能较大地偏离完整计算得到的正确而且精确的结果。

量子理论不同于经典理论。区别在于对于亚原子过程的内部机制的计算。经典物理不能处理这种计算。海森堡认为，在亚原子过程例如碰撞中，到底“实际上”“真正”发生了什么，是不可直接观测的，也没有可用以描述的单一而且物理明确的图像。量子力学具有这样的特质:即它可以避开关于内部机制的思考。它把自己限制在那些实际上可观测可感知的方面。但是，虚粒子则是一种概念化的手段，通过给亚原子过程的内在机制提供假设性的诠释性图像，它试图绕过海森堡的洞察。

虚粒子不必具有和对应实粒子相等的质量。这是因为它短命而且瞬变，所以不确定性原理允许它不必守恒能量和动量。虚粒子存活得越久，它的特征就越接近实粒子。

虚粒子出现在许多过程中，包括粒子扩散和卡西米尔效应。在量子场论中，即使是经典力 -- 例如电荷间的电磁吸引力和推斥力 -- 也可被认为是源于荷间的虚光子交换。

理论

由于测不准原理，虚粒子的能量与动量都是不确定的。虚粒子也有一些和实粒子(real particle)相同的特性，像是遵守守恒定律。如果一个单一的粒子被侦测到，那代表了它存在的时间长到了使它不可能成为虚粒子的程度，即虚粒子是不可能被观测到的。

虚粒子被用来描述那些无法用实粒子来描述的基本交互作用力的量子，静力场就是其中一个例子，像是电场或磁场，或是任何一种场，都无法以光的速度从一个位置来携带讯息至另一个位置(借由场来传播的资讯必须由实粒子来当载子)。虚光子也是一种近场的主要载子，而这种近场是一种短距的效应，而且不会拥有像电磁波的光子那样的特色。举个例子来说，当能量从缠绕的变压器到另一台变压器，或到MRI的扫描器上时，就量子而言这种携带能量的是虚光子而不是实光子。

虚粒子是由无质量的粒子所组成，像是光子，但虚粒子也是可能有质量的且被称之为离壳不确定原理而来的，不确定原理允许粒子的能量乘上它们存在的时间小于普朗克常数即可。拥有质量更使得了单一的虚粒子更容易从带电的基本粒子被创造和射出，而这对于无质量的光子在没有违反能量跟动量守恒之下是不可能发生的(单一的实粒子要被创造或射出必定是拥有两个以上粒子的系统)。对于那些有真正有质量的粒子，它们的虚态仍然会破坏狭义相对论理的能量动量关系，有质量的粒子基本上都会利用以下的关系来预测:

因为这些理由，通常力的载子都是无质量的，主要的例外就是弱作用力中的W+/-和Z玻色子。

虚粒子的概念很接近量子波动的想法。虚粒子可以被想成是进入一种实体的量，就像是电场一般，而这个量是在量子力学所要求的期望值附近扰动。

证实

已经有许多可观测到的物理现象是因为虚粒子的交互作用而产生的。对于那些当它们是自由粒子且是“实”粒子的状况下还显示出有静止质量的玻色子，虚的交互作用由交换粒子而产生的相对短距离的力的交互作用来描绘。弱作用力和强作用力就是短距交互作用的两个例子，而且它们与场玻色子有关。而对于重力与电磁力，没有静止质量的玻色子允许用虚粒子来扮演长距力之间的角色。然而，在光子的例子当中，能量以及资讯的传送是借由相对短距的虚粒子。

以下是一些可能被视为由虚粒子产生的场交互作用：

在电荷之间的库伦力（静态的电力）。它是由交换虚光子而来的。在对称的三维空间里这样的交换虚光子造成与距离平方的倒数成正比的电力。因为这种光子没有质量，所以库伦场的有效距离是无限的。

在磁偶极矩之间的磁场。它也是由交换虚光子而来，在对称的三维的空间这样的交换虚光子造成与距离平方的倒数成正比的磁力。因为这种光子也没有质量，所以磁场的有效距离也是无限的。

许多所谓天线的近场，这种在天线内改变电流所产生的电场与磁场的效应，还有在电线里的电容改变的效应可能是(而且常常是)对接近天线的电磁场有重大的贡献，但是以上这两种效应都是偶极矩效应，而偶极矩效应则是会随着距离天线愈远则越弱，这种变弱的速度是比我们传统上说的这种“远”距电磁波还要快许多（“远”的意思是在天线的长度或直径与波长的比例的这种级距）。这些远场的电磁波，电场（）等价于光速乘上磁场（），是由实光子来组成的。这边应该要特别提醒一下，实光子以及虚光子在天线附近时是混杂的一起的，虚粒子只贡献“多出的”磁感应和短暂的电偶极效应，这些是导致电场和光速乘上磁场之间的不平衡。当距离离天线越来越远，近场效应则快速的消逝，只剩下由实光子“辐射”成为最重要的性应。虽然虚的效应可以延伸到无限远，但它们场的强度减弱的速度是与距离的平方成反比而不是像由实光子组成的电磁场那样是与距离的倒数成正比（能量下降则分别是与距离四次方倒数成正比，与距离二次方倒数成正比）详细的内容可以参考近场和远场。

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