无中生有——物理学家模拟“不可能”的施温格效应

超流体氦揭示了施温格效应的一种可控模拟形式，该研究深化了人们对涡旋现象和量子隧穿效应的理解。

1951年，物理学家朱利安·施温格提出：对真空施加恒定电场可导致电子-正电子对自发产生，这一过程被称为量子隧穿效应。为何这种"无中生有"的机制无法为《星际迷航》中的复制机或传送器供能？因为所需电场强度极大，远超任何实验室直接实验的极限。正因如此，这个被称为"施温格效应"的现象至今未被直接观测到。

超流体氦作为实验模拟介质

不列颠哥伦比亚大学（UBC）的物理学家近日提出了一种更易于研究的替代方案：用超流体氦薄膜替代真空环境，以超流体流动模拟强电场作用。"氦-4超流体堪称奇迹。仅几个原子层厚度时，它能轻易冷却至接近零摩擦的真空状态，"UBC凝聚态与量子引力理论学家菲利普·斯坦普博士解释道。他与同事9月1日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的新研究表明："当使这种零摩擦真空流动时，不会产生电子-正电子对，而是会自发形成方向相反的涡旋/反涡旋对。"

理论构建与实验设计

在这篇论文中，斯坦普博士与同事迈克尔·德罗谢尔不仅阐述了相关理论及数学原理，还规划了开展直接实验的具体方案。真空隧穿是量子力学和量子场论高度关注的过程 —— 量子理论中的真空并非空无一物，而是充满可导致虚粒子瞬时涌现与湮灭的涨落场。

"我们相信氦-4薄膜为多种宇宙现象提供了优质模拟环境，"斯坦普博士补充道，"无论是深空真空、量子黑洞，甚至宇宙诞生之初的状态，这些都是无法通过直接实验手段研究的现象。"

超越模拟：深入超流体物理本质

然而斯坦普博士强调，这项工作的真正价值不仅在于模拟（始终存在局限性），更在于它改变了我们对超流体和二维系统相变的理解。"这些本身就是真实的物理系统而非模拟体，我们能够对其进行实验验证。"

在数学层面，研究人员需要实现多项突破才能使理论成立。例如以往研究者将超流体中的涡旋质量视为恒定常数，而斯坦普与德罗谢尔证明该质量会随涡旋运动剧烈变化，这从根本上改变了我们对流体及早期宇宙中涡旋的理解。"理解质量变化的机制及其对量子隧穿过程（普遍存在于物理、化学和生物学领域）认知的影响，令人无比振奋，"德罗谢尔表示。

斯坦普进一步指出，同样的质量变化规律也会出现在施温格效应的电子-正电子对中，这种"模拟反哺理论"的现象或将修正施温格原始理论。

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