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万物皆可“反”,反电子、反物质、反宇宙、甚至反你,它们在哪?

一分为二、对立统一

你已经知道方程式E=mc²代表什么意思:质量能够转化成能量,同样,能量也能转化成质量。这是一个相当高的交换率。能量能够从真空里,从场里借出一小会儿,创建出粒子。

想象一个缩微版的你,在被掏空的宇宙中,被真空包围——确切地说,是被电磁场的真空包围。

就在你的眼前,一个电子凭空出现。

为什么它会出现?因为它可以。所以你看到一个电子出现了。噗!就这样。

瞬息之前,除了真空,什么都没有。现在,有了一个电子,而电子带有质量。它凭空出现这一事实就意味着一些沉睡着的能量被转化成质量。那个E=mc²的公式在行动。就是这样。

但电子还带着电荷。这就带来一个问题:那个电荷是从哪儿来的?

质量来自能量,质量与能量是等同的,因此从借来的能量中产生质量是一个平衡的过程,只是将一种形式的能量变换成另一种形式而已。

但电荷完全就是另一码事了。电子出现后,也随之出现了一个负电荷。而在这之前,没有电荷;在这之后,有了一个电荷,这,显然,无论如何都是无法接受的。

永远记住那句俗话“天下没有免费的午餐”,你不能无中生有地创造出某样东西而不付出代价。这从来不会在现实生活中发生——我能听见你的叹息——至少这次,你或许会因为听到在量子世界里也同样如此而感到高兴。

那么,我们怎么处理这个电荷?我们只能对此视而不见吗?

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。

那么这个电荷从哪里来?

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”。

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。

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。

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。

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。

构成我们的物质,构成我们行星、恒星以及星系本身的物质,只是所有物质的一半。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?

对于电子适用的,对于其他粒子也适用。

它们都有相反的自己。

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。

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?

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。

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。

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。

每次放射性衰变发生时,就会产生一些反物质,但会迅速和与之对应的正常物质湮灭,产生非常高能的光线,通常它会直接射过你的身体,你和其他人都不会注意到它。