科學家在理想真空中檢測到摩擦力，並不違反物理原則

誰都知道摩擦力是由於物體之間互相接觸而產生的，雖然有時候這個作用力並不是顯而易見，甚至會誤導全世界幾千年。比如亞里士多德說重的物體比輕的物體下落得更快，所有人都奉為金科玉律，直到伽利略在比薩斜塔上扔下兩個不同重量的球，我們才恍然大悟，是隱藏在空氣和物體之間的摩擦力蒙蔽了亞里士多德的眼睛，而亞里士多德又用他不可一世的偉岸身軀擋住了所有人的視線。

換句話說，在完全空無一物的理想真空里，就不應該有摩擦力的存在，因為不存在任何物質可以對通過其中的東西產生摩擦。但英國格拉斯哥大學物理學家馬蒂亞斯·桑奈特拿領導的團隊卻發現，一個穿過理想真空的衰變原子似乎卻產生了摩擦力，破壞了現代物理學最基本的原則之一。在對自己的理智懷疑了幾個星期後，科學家們終於發現，這並不違背愛因斯坦的相對論，反而再次驗證了愛因斯坦質能方程的正確性。

科學家們早就達成一個共識，理想的真空雖然不能對原子施加任何力，但它仍然可以與原子發生相互作用。真空並不空，而是充滿了量子力學不確定原理描述的虛粒子對，不斷地創生又馬上湮滅。這些量子漲落會產生隨機波動的電場，當原子進入其中後，就會吸收電場能量而進入激發態。當激發態原子衰變到較低能量狀態時，就會隨機向周圍發射光子。格拉斯哥的團隊就是在計算沿衰變原子移動相反方向發射的光子時，檢測到了類似摩擦的力，似乎導致了原子速度上的損失，違反了相對論原理。

經過幾個星期的研究後，研究人員發現，雖然光子沒有靜止質量，但由於它具有能量，原子衰變到較低能態並發射光子後，實際上會損失非常微小的能量，對應著原子質量的微量損失，這種損失可用愛因斯坦著名的質能方程E=mc^2來描述。由於這種損失非常微量，以前從沒有人去測算它。但在現在這種情況下，卻是不可忽略的，研究人員將這個質量缺陷插入到計算中時，發現原子衰減時損失的質量實際使其損失了動量而不是速度。因此這種類摩擦力是原子內部質能變化引起的動量變化，不但沒有違反相對論，反而再次驗證了它的正確性。

在2011年的時候，曾有研究指出，在真空中旋轉的球，由於阻礙球轉動的虛粒子對的力量比推動它的要強，球會受到摩擦力的作用最終停下來。這個原理可以用迎頭相撞的汽車比追尾相撞的汽車碰撞力量更強來做比喻，在球的旋轉方向上迎頭撞上的虛粒子對，力量要比尾隨相撞的強，因此球在真空中損失的動能，會成為真正的光子從真空中輻射出來。溫度越高，真空里冒出的虛粒子對越多，球的旋轉速度減慢得越快。比如直徑100納米的石墨顆粒，速度減慢到原來的三分之一要10年時間，而700攝氏度時，則只要90天，但在絕對零度附近的溫度，就需要整整270萬年了！

格拉斯哥團隊的研究人員認為，或許會有人用他們的研究來解釋這個現象，下一步他們將研究這種現象是否發生在原子吸收而不是發射光子時。

該研究已發表在物理評論快報上。

參考資料：https://sciencealert.com/physicists-have-detected-a-friction-like-force-in-a-perfect-vacuum

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