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那么,我们怎么处理这个电荷?我们只能对此视而不见吗?
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我们不能那么做,因为这太重要了。宇宙中的每一个电子都带着一个电荷,其他许多基本粒子也都如此。
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那么这个电荷从哪里来?
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最简单的答案往往就是正确答案,这就是:一个电子从来不会被单独创造。它必须与另一个与它除了电荷之外一模一样的粒子一同被产生。那个粒子所带电荷是正的,它被称为“反电子”。
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我们是为了让所有被“无中生有”的电子–反电子对的电荷总和为零才设想出这个反电子概念。在这里我们不需要E=mc2或其他任何公式帮忙。这种现象并没有违反任何规则:在电子与反电子被创造出来以前,总电荷是零,之后依然是零。
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这就是保罗·狄拉克想出来的绝妙主意。
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这又怎样?你迷惑不解,可以理解。
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当时没有人知道一个与电子完全一样,除了电荷相反的粒子是不是真的存在。从来没有人见过这种粒子。
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今天,我们到处都能探测到它们。
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电子与反电子对被“无中生有”的过程被称为粒子–反粒子偶的产生。反方向的过程同样存在:当一个电子与反电子相遇时,它们发生湮灭,消失了,噗!不见了,它们的质量变回能量,在一瞬间,变成光。
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电子们与它们的相反自己产生于电磁场,当它们相遇湮灭后又变回到电磁场。
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既然电子自身存在着,又因为它们是从电磁场中通过电子–反电子偶生成的,那么推论就是反电子们也应该自身存在。事实上它们的确存在,但不是在任何地方都能找到它们。
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一九二八年,狄拉克称反电子为“海里的洞”,他说的海就是我们现在所称的电磁量子场,“洞”则是因为它所反映的缺失电荷。
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他的“洞”——反电子,在五年之后的一九三三年被实验发现,狄拉克因他出类拔萃的直觉获得了当年的诺贝尔物理学奖。他关于场的理论涵盖了自你开始探访微观世界以来到处可见的各种场,并引导他自己发现了反物质。
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真正首先探测到狄拉克的反电子的是美国物理学家卡尔·D.安德森(Carl D.Anderson)。但安德森没有把它命名成反电子,而给了它一个新名字:正电子,至今这个名字仍在使用。安德森在三年后的一九三六年因为他出色的侦探工作获得了诺贝尔奖。
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这样,反物质诞生了。
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我刚才说所有物质中的一半是反物质。但如果只有反电子的话,那就不是所有物质的一半了。那么有没有反夸克、反光子和反胶子?
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对于电子适用的,对于其他粒子也适用。
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它们都有相反的自己。
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反夸克的确存在,反中微子和反光子也一样。但有些粒子,不带电荷的那些可以同时属于两个阵营,成为它自己的反面。光子就是一个好例子:因为光子与反光子都不带电荷,所以它们一模一样。
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那么为什么不管在哪里,我们都看不到所有其他反粒子出现在我们身边?
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答案是它们就在这里,就在你身边,但很少量,因为每次一个反粒子出现,都只能存在非常非常短的时间。记住,任何反粒子与它对应的正常粒子遇到时就会立刻湮灭,依照E=mc2变成一缕能量与光消失。
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然而,在宇宙中的某个地方,是否存在一整个由反物质构成的世界,一个反世界,如果你想这么称呼它的话。没有谁知道是否有这样的世界存在,但如果它们的确存在,而且如果你真的有一天碰巧在外太空见到一个来自它们世界的你,不要握手。你和你的“反你”将变成炸弹立刻爆炸。非常剧烈的爆炸。
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就是这样,我们周围依然有一些反物质存在。甚至就在你体内,就现在。
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