著名的质能方程E=mc2,是由爱因斯坦在1905年提出的,方程揭示了物质与能量相互转换的可能性。随着核能的运用,物质到能量的转换已经被实现,但是从能量到物质的转换却尚未真正意上的实现,然而由于其重要的物理意义,相关的研究从未停止。另一方面,1928年狄拉克提出狄拉克方程,为了解释方程显示的电子负能态的存在,狄拉克预测真空并非空无一物而是填满了负能态的电子,电子的电性由于对称性而得不到显示,这一理论的提出为能量到物质的转换提供了一种可能性,真空中的负电子能够被超临界场激发到正能态而在负能态中留下一个空穴,则在效果上看就相当于超临界场从真空之中激发出了一个电子以及一个正电子(空穴)。1936年,施温格使用量子场论的方法计算出了电磁场从真空中激发正负电子对的电场强度阈值1018V/m,然而这一强度的电场目前尚无法实现,所以直接的能量到质量的转换目前尚未实现。但是有高能电子参与的正负电子对的激发已经在实验中被观测到,因此科研工作者对纯粹的强辐射场产生正负电子对更加的期待与关注。近年来,随着激光技术的高速发展,可实现的最高激光强度已经达到了 1023W/cm2,可以预见利用高能激光击穿真空激发正负电子对从而真正实现能量到物质的转换在不久的将来也将会实现。所以,从理论上分析超临界场从真空中激发正负电子对的相关现象与过程从而为未来的实验提供指导与帮助也就显得越发重要。本文使用了一种名为量子计算场论的方法对真空中的超临界场激发产生正负电子对的相关物理现象做了理论计算与分析,其中包括双势阱产生正负电子对过程中的正电子波干涉以及克莱因隧穿现象,双势阱不同时打开导致产生的正电子动量的单方向集中现象,以及考虑正负电子对产生的克莱因隧穿现象。希望通过这些计算结论可以为以后可能实现的相关实验提供一定的数值依据与帮助。在本文的第一部分(第一、二章),第一章将对正负电子对产生的背景以及实验和理论方面的历史发展做相关的介绍,然后在第二章会对所使用的计算量子场论方法做详细的原理介绍与分析。该方法的主要原理就是通过求解含时狄拉克方程将真空中的负能电子态在超临界的势场中含时演化,之后再向电子的正能态投影,从而获得超临界场从真空中激发正负电子对的数目、分布和动量等相关信息。由于本文的相关计算包含了克莱因隧穿的内容,因此在第二章的最后将对克莱因隧穿问题作相关的介绍与分析。在本文的第二部分(第三至五章),将对正负电子对产生的相关问题的实际计算以及结论做详细说明。第三章介绍了双势阱产生正负电子对过程中的正电子波干涉并形成驻波的现象。研究发现在双势阱产生正负电子对过程中,如果两势阱的距离满足产生正电子波的驻波条件,则正电子波会发生干涉并产生驻波,且驻波的产生将对电子对的产生过程发生影响。最终由于克莱因隧穿的缘故正电子驻波将塌缩消失。第四章介绍了双势阱产生正负电子对过程中的正电子动量的单方向集中现象。单势阱产生正电子的动量分布是正方向负方向对称分布的,然而研究发现当两势阱不是同时打开的情况下,产生的正电子动量将出现单向性,即产生正电子的动量将集中为正方向。这一现象为将来实验产生单向的正电子提供了一种方案。第五章研究了正负电子对产生过程中的克莱因隧穿现象,单势阱产生正负电子对的过程可以分为四个阶段,这四个阶段可以被认为是单势阱的四种不同的状态。研究发现克莱因隧穿发生在不同的状态时隧穿的过程与现象会有不同,如果隧穿发生时势阱处于第一状态下,则隧穿开始的时候势阱内部为空,所以隧穿过程与最终隧穿的粒子数与传统的克莱因隧穿(不考虑电子对产生)相同。随着隧穿开始得越来越晚,最终隧穿的粒子对数目会有增长。这种增长会在势阱的第二阶段中期停止,之后隧穿粒子数将不再有变化。在本文的第三部分(第六章),将对已有工作进行总结与展望。