| 送交者: 连横合纵[♀★★★金嗓俏丽吴姝★★★♀] 于 2019-02-11 4:53 已读 946 次 1 赞 | 连横合纵的个人频道 |
比《流浪地球》更辽阔：我的宇宙冥想曲5 6park.com---反物质与对称性及其破缺的车轱辘话话（上） 6park.com 6park.com从第三部开始我发在我的好姐妹童心大美女这个新兴版面了。此外，希望能够以此挽留我的朋友，留园最聪明最渊博的小帅哥之一---悉尼不要离开园子，悉尼是很不错的黑科技和军事方面的博主人材！ 6park.com比《流浪地球》更辽阔：我的宇宙冥想曲4https://club.6parker.com/chan2/index.php?app=forum&act=threadview&tid=13498058 6park.com三部曲的合集见： 6park.com比《流浪地球》更辽阔：我的宇宙冥想曲系列https://club.6parker.com/nz/index.php?app=forum&act=threadview&tid=6760 6park.comhttps://club.6parker.com/chan2/index.php?app=forum&act=threadview&tid=13498056 6park.com楼主小姐姐我是习惯于把最重要的话也就是中心思想写在前面的。 6park.com反物质（antimatter）是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的，如同普通物质是由普通粒子所构成的。例如一颗反质子和一颗反电子〈正电子〉能形成一个反氢原子，如同电子和质子形成一般物质的氢原子。此外，物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭，且因而释放出高能光子（伽马射线）或是其他能量较低的正反粒子对。 6park.com正反物质湮灭所造成的粒子，赋予的动能等同于原始正反物质对的动能，加上原物质静止质量与生成粒子静质量的差，后者通常占大部分。（爱因斯坦相对论指出，质量与能量是等价的。） 6park.com反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。 6park.com小姐姐注：有关宏观质量的量子世界起源，包括量子世界各种力的内涵等标准模型，参见我写的比《流浪地球》更辽阔：我的宇宙冥想曲系列https://club.6parker.com/nz/index.php?app=forum&act=threadview&tid=67606 6park.com根据爱因斯坦著名的质能关系式──E=mc2，一种在科学界受到普遍认同的理论认为，宇宙大爆炸早期曾产生了数量相当的物质和反物质，随后发生的物质和反物质的湮灭消耗掉了绝大部分的正、反物质，遗留下的少部分正物质构成了现如今的物质世界。理论上宇宙大爆炸时所产生的粒子与反粒子应该数量相同，但是为什么现今所遗留下来的绝大多数都是正粒子，这即所谓的“正反物质对称性破坏”（对称破缺），虽然在几个粒子对撞试验中，都发现了正粒子与反粒子的衰变略有不同，即所谓的电荷宇称不守恒（CP破坏），但在数量上仍不足以解释为何现今反物质消失的问题，这在粒子物理学上仍是一大未解决的问题。 6park.compa1. “量子力学则表明宇宙在最小尺度上是分立的”－－举例，就从标准模型讲，我们无法能把费米子和玻色子，物质和力不分立开来吗－费米子为拥有半整数的自 旋并遵守泡利不兼容原理（这原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态）的粒子；玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不兼容原理。费米子组成物质的粒 子，而玻色子负责传递各种作用力。 6park.com2.Higgs（上帝粒子，希格斯子）和CP Violation（CP违逆）有什么关系?－－费米子跟玻色子配对，以描述费米子之间的力，中介玻色子的拉格朗日函数在规范变换中都不变，所以这些中介玻色子才被称为“规范玻色子” 6park.com杨-米尔斯方法无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题--规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量! 6park.comCP Violation打破了规范理论中对拉格朗日量对称性的严格要求，使得真空中的拉氏量不再满足这种对称性－－每一个自发对称性破缺都被证明必定伴随着一个无质量无自旋粒子，但这无疑也是不可能的. 6park.comHiggs 机制通过折衷企图达到了与实验观测的和谐－－那个无质量无自旋粒子仍然存在，但它将变成规范粒子的螺旋性为零的分量，从而使规范粒子获得质量，也就是说， 通过希格斯场产生对称性破缺，同时应该在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子－就是这些年声找到了的那个东东 6park.com3.“随着宇宙内不同的质量粒子，主要是物质和反物质分布和衰变比例的变化而变化”。这就是今天我们讨论的核心问题了，小姐姐问，宇宙中有反物质吗？－－－－ 6park.com按 照大统一的想法，在宇宙早期温度极高时，强作用与弱作用将会统一，那么重子轻子 重子－强相互作用粒子，轻子－弱相互作用粒子 就失去了本质上的差别。重子转换为轻子，将是可能的。也就是说，在宇宙早期存在重子数破坏的相互作用，含 CP violation，这种相互作用由一种被叫做X玻色子的粒子传递。 6park.com对于任一粒子反应过程来说都存在C共轭过程，C共轭过程是将原反应过程中的粒子换成反粒子，反粒子换成正粒子: 6park.com1)如果互为C共轭过程的两个过程发生概率相等，则称为C共轭不变，或C守恒。 6park.com2)在发现宇称P不守恒后，人们才知道，强作用和电磁作用是C守恒的，而弱作用是C破坏的。 6park.com3)CP共轭是指将某个过程替换成反粒子的镜像过程。CP守恒或破坏是指互为CP共轭的两个过程发生概率相等与否。若C不守恒，而CP守恒，正反粒子的微观性质依然无法区分－－如果宇宙流体处于完全热平衡状态，那么任何一种热碰撞的微观过程将与其反过程发生概率相同； 6park.com4)只有C和CP都破坏，正反粒子在微观性质上才存在本质差异－－－X玻色子的衰变可以抵消重子数变化，在宇宙温度高于X玻色子的质量时，宇宙处于热平衡状态，而当宇宙温度略低于X玻色子质量时，宇宙就偏离了热平衡状态。 6park.com放在宇宙学尺度上说这个X玻色子衰变，也是与迄今的天文学观测一致的－－－着宇宙膨胀，宇宙的温度逐步下降，当温度下降到低于X玻色子质量时，正反粒子将成对湮没，并使它们的数密度剧烈下降。在其数密度降到很低后，它们之间失去了相互碰撞的可能，从而它们不再发生湮没 6park.com4.“CP违逆和宇宙一样具有有界性，但并不是无边普适的”－－宇宙是有界无边的，有界的数学含义是指其分立，无边是指其分立，但是连续扭曲折叠，参 见Milnor's exoticsphere，Hilbert's space. 6park.com“CP”是电荷共轭(Charge conjugation) 与宇称 (Parity) 的首字母缩写组合。电荷共轭对称性通常也叫做正反粒子对称性。 6park.com前面已经说了，宇称守恒与否实际就是整个无边的，连续扭曲折叠的高维宇宙是否是热平衡的，如果是，那么在终极尺度上CP是不违逆的，就是小姐姐当年和龙珠雷达说的Tevatron超标准模型范畴. 6park.com宇宙大爆炸之初是处于正反物质对称的状态。但天文观测表明，如今的宇宙却是以物质为主的。这就产生了一个问题：宇宙中的反物质到哪里去了？目前虽还没有完整的答案，但物理学家们普遍认为，CP对称性的破缺正是解决问题的关键环节之一。因为CP对称性的破缺表明物质与反物质在参与相互作用时存在着细微差别，正是这种差别，外加一些其他条件，最终导致了两者的数量差异。从这个意义上讲，我们这个五彩缤纷的物质世界，包括人类自身，都是CP对称性的细微破缺留下的遗迹。 6park.com－－也就是说已知的CP Violation，以及现行的标准模型适用的前提是在一个偏离了热平衡状态的宇宙流体边界内! 6park.com显然，假如所有宇宙流体综合起来是热平衡的，则最终 CP是不违逆的 6park.com5.速率，角动量和惯性质量有什么关系？－－－质量大粒子高维速度空间分量改变小，其速度较难改变，表明惯性大;质量小粒子高维速度空间分量改变大，速度较易改变，表明惯性小 6park.com6.为何反物质这么少--主要原因如下 ： 6park.com（1）存在破坏重子数守恒的相互作用，导致正反重子在微观性质上存在差异；（２）宇宙的某个阶段对热平衡有偏离。 6park.com反物质无法在自然界找到，除非是在稍纵即逝的少量存在（例如因放射衰变或宇宙射线等现象）。这是由于反物质若非存在于像物理实验室的人工环境下，则无可避免地随即与自然界的物质发生碰触并湮灭。反粒子和一些稳定的反物质（例如反氢）可以人工制造出极少量，但却不足以达到可对这些物质验证其理论性的程度。 6park.com尽管如此，我们看到在科学或科幻方面，焦点环绕在为何所见的宇宙几乎充满了物质、是否有其他地方则是几乎充满了反物质以及是否能够驾驭反物质，在现今可见的宇宙范围中明显的正反物质不对称性成了物理的最大难题之一。许多可能的物理过程都是在探究重子时所发现。 6park.com尽管在人们已经在实验室中制造出了为数众多的反原子，然而目前在自然界中尚没有发现反物质。一种观点认为即使自然界中存在反物质，它也很快会和正物质发生湮灭。 6park.com反物质武器？ 6park.com因为物质与反物质的湮灭时质量可完全转换成能量，带来最大的能源效率，且单位产量是核能的千百倍或常规燃料的亿兆倍，所以一直有人研究其作为新能源的可行性，主要用于很难补给燃料的航天用，甚至作为反物质武器。但是由于目前人为制造反物质的方式，是由加速粒子打击固定靶产生反粒子，再减速合成的。此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量，且生成反物质的速率极低，因此尚不具有经济价值。此外，反物质与物质相遇会发生湮灭，保存上也是一大问题。 6park.com 6park.com穿越与时光倒流？ 6park.com嗯，小姐姐提示，现在非常时髦的量子镜像、量子纠缠也跟反物质概念有类似外延哦！ 6park.com 6park.com费曼曾经研究狄拉克方程而发现，假如将时间方向逆转同时将电子电荷颠倒，则方程依然成立。即是说，一粒时光顺流的电子，其实等同一粒时光倒流的反电子。因此所谓的反物质，其实就是倒著时间方向的正物质，是为CPT对称。 6park.com 6park.com 6park.com纵使如此，反物质的运动，并不违反因果律。当电磁波的超前波和延迟波相加时，违反因果律的项次会互相抵消。如果没有了反物质，因果律反而会瓦解。 6park.com 6park.com 6park.com费曼和他的老师惠勒进一步假设，整个宇宙其实也许只是相同一粒电子在时间轴中从大爆炸到宇宙末日之间来来回回地走动，这也是为何所有电子彼此之间毫无分别。长期以来，科学家们一直在探索“利用激光产生反物质”的有效方法，为了获得反物质——超快正电子源，中国科学院上海光机所经历了长达１５年的持续研究。 6park.com 6park.com一个镜像的反物质宇宙？ 6park.com理论上来说，宇宙大爆炸应该创造出了等量的物质与反物质，但是我们宇宙中的物质为何要远远多于反物质呢？剩余的反物质究竟跑去哪了？难道除了我们的宇宙，还存在一个镜像的反物质宇宙吗？如果真是这样，又是什么力量完美地阻止了两个宇宙的相互湮灭呢？ 6park.com“牛顿因苹果从树上坠落而产生有关万有引力灵感”的传奇故事至今为人津津乐道。那么，苹果的反物质——“反苹果”究竟是上升还是下落？反物质与物质有些方面完全一样，而有些方面则完全相反。例如，质子与反质子质量相同，但所带电荷完全相反。另外，当粒子与其反粒子相遇时会相互湮灭，释放出巨大能量，1克反物质与1克物质相互湮灭产生的能量约为第二次世界大战中美国向日本广岛投放的原子弹所释放能量的两倍。 6park.com如果你左手夹一颗花生豆，右手夹一颗反物质花生豆，慢慢把它们凑到一起……“嘣１它俩消失了，你也被爆炸吞噬。反物质之所以难得一见，是因为它一遇上正物质就同归于尽，释放出能量。所以即使制造出反物质原子，也无法用容器装它，也不能用砝码去称。只能通过电磁场的变化来研究。给反物质称重，主意很简单，却没人做到过。镜子里面的“反宇宙”是否遵循镜子外面的宇宙规律？这让人好奇得很。 6park.com反物质推进器 6park.com6park.com大刘笔下那个在距地球约4光年之外的地方，有一颗名叫比邻星b的岩质行星，或许会是一颗宜居的星球！虽然天文学家已经迫不及待地要前往这颗行星了，但他们还需要解决一项巨大的挑战：他们所用的推进系统必须既能加速，又能减速，即采用反物质推进系统。一台反物质推进器，能将宇宙飞船加速到（或者超 6park.com过）光速的五分之一。 6park.com每千克反物质含有10的17次方焦能量，这是人类已知的、含有能量最多的物质。由于反物质储能巨大，因此难以储存。并且，目前人们还没有设计出能够将反物质转化为可供宇宙飞船所用的动力的推进系统。 6park.com 6park.com在该推进器中，一颗反光子会被发射到铀燃料中去，反光子所带的负电荷随即引发铀的核裂变过程。裂变后的一半原子核会朝着远离碳帆的方向运行；另一半原子核则会被碳帆吸收，释放出动能，从而让碳帆加速前进。 6park.com 6park.com推进器由两大部分组成：一面以铀作为燃料的碳“帆”，还有一套反物质储存装置。它的基本原理是核裂变，即原子核分裂成两半，并在这一过程中释放出动能。 6park.com在该推进器中，一颗反光子会被发射到铀燃料中去，反光子所带的负电荷随即引发铀的核裂变过程。裂变后的一半原子核会朝着远离碳帆的方向运行，速度可达每秒钟1.38万公里，即光速的4.6%；另一半原子核则会被碳帆吸收，释放出动能，从而让碳帆加速前进。 6park.com传统的核火箭利用氢气作为推进剂。但如果以铀燃料代替氢气，就能减少反物质的用量，使之成为短期内能够打造出的首台反物质推进器。据我们最近的、可能宜居的恒星系位于半人马座阿尔法星，距我们约4.3光年之遥，目前最快的宇宙飞船也要过8万年时间才能到达那里。但如果采用了反物质帆，便能将这一时间缩 6park.com短到90年。 6park.com此外，该推进器只需84年时间，便能带领我们抵达比邻星b。 6park.com
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