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反物质: 我们看到了宇宙的膨胀, 因为相斥的力实实在在地存在

一、正电子的发现

1928年英国物理学家狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)提出了一个电子运动的相对论性量子力学方程,计算所得结果都有4个解;2个正能解,2个负能解。爱因斯坦也曾建立过一个物质总能公式,根据这个公式,质量与能量是一回事,物质的总能量有正负两个值,这个结论与狄拉克所得结论是一致的。正能解能与实验观察很好的符合,于是,狄拉克独创性地指出,负能态是存在的,真空就是一个充满负能态的电子海洋,负能态完全被电子占据。但我们不能观察到电荷为负质量为负的粒子,我们却能观察得到一个与其运动方向相反的电荷为正质量为正的空穴的运动,就象一个电荷质量都为正的粒子的运动,这就是电子的反物质--正电子。1932年美国物理学家安德森(Carl David Anderson)在宇宙线实验中观察到高能光子穿过重原子核附近时,可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有的是单位正电荷的粒子,从而发现了正电子。 

根据量子场论,粒子被看作是场的激发态,而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。当光子的能量大于某种粒子静能的两倍,在一定的条件下就可以产生正反粒子对;反之,正反粒子相遇可湮没并产生两个光子或3个光子,遵从质量-能量守恒和动量守恒。

二、反物质

在原子核以下层次的物质的单独形态以及轻子和光子,统称粒子;在历史上,有些粒子曾被称为基本粒子。所有的粒子,都有与其质量、寿命、自旋、同位旋相同,但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数异号的粒子存在,称为该种粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外,粒子与反粒子是两种不同的粒子。一切粒子均有其相应的反粒子,如电子e-的反粒子是正电子e+,质子p的反粒子是反质子,中子n的反粒子是反中子。有些粒子的反粒子就是它自己,这种粒子称为纯中性粒子。光子就是一种纯中性粒子,光子的反粒子就是光子自己。

迄今,已经发现了几乎所有相对于强作用来说是比较稳定的粒子的反粒子。如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。1997年,科学家宣布在银河系中心发现了反物质。由此我们推测,甚至可能存在反地球,反宇宙。反物质的发现能为宇宙的起源提供突破性的线索,从某程度上说,宇宙、真空和反物质是有其统一的一面。

三、引力与斥力

一个正能量的粒子,它在运动时不断地与其他粒子碰撞,速度会降下来,但一个负能量的粒子却恰恰相反,它的速度会越来越快,会“超过”光速。但是,我们观察负质量物质,是通过与负能量粒子反向的空穴的运动--即能量为正的反物质的运动来观察的,它的速度不会大于光速。负质量物质,是以反物质的形式表现出来的。反物质的运动方向与负质量物质相反;也就是说,反物质是负质量物质时间反演的表现。时间是一维的,时间反演了,时间的方向就相反了,负质量的就变成正质量。 

我们知道,两个正质量的粒子存在万有引力,那么,我们有理由相信,一个正质量一个负质量之间就应该存在斥力。 在我们所在的宇宙区域里,正质量物质之间产生引力,引力使物质收缩,结构复杂。而负质量物质与正质量物质间产生斥力,斥力引发膨胀。我们现在所处的宇宙区域正在膨胀,也就说我们所在的宇宙区域的负质量物质比正质量物质多。

虽然,我们观察时,看的是负质量物质的反演物—反物质。我们看不到“斥力”,但我们看到了宇宙的膨胀,因为相斥的力实实在在地存在。

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