反物质是什么?宇宙的终极能源,核能跟它比起来就是渣渣!(上)

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-09-15 21:24

        各位同学大家好,我是李勇德老师。最近呢科学家们准备开始着手验证所谓的镜像宇宙。有小朋友呢就问我说他经常看科幻电影里面有什么反物质武器呀,什么反物质空间呢?还有飞船以曲率飞行。啊,他就想问我说这个反物质到底是什么?今天呢就先给大家介绍一下反物质的这个含义。为了介绍反物质啊,我们首先得从一个人就是狄拉克说起。

        一个著名的英国物理学家保罗迪拉克啊迪拉克呢他提出了第一种反物质的概念。迪拉克反粒子啊我们来说一说到底是什么意思。首先呢,在1929年的时候啊,狄拉克提出了一个著名的方程,就是狄拉克方程。这狄拉克方程是干嘛用的呢?我们简单的介绍一下。首先我们知道呢1905年的时候,爱因斯坦就提出了这个狭义相对论。狭义相对论呢就是说这个空间和时间它是相互联系的。我们举一个简单的例子啊,比如说有一辆汽车。

        这辆汽车呢正在以速度V0在地面上奔跑。而这有一个人呢,他在车上,他相对于车有一个速度叫V1。啊,注意车相对于地面速度是V零人,相对于车速度是唯一。那我问人相对于地面的速度是多少,人对地的速度是多少啊,我想问这个问题。人对地的速度要分两种情况。第一种情况就是如果是非相对论情况的非相对论情况,那就很简单了。

        原相对于地面的速度,V人应该等于V1加V领。直接叠加对吧?如果车相对于地面是光速,C人相对于车也是光速C的话,那人相对于地面就是二倍光速,对吧?这就是非相对论情况。像这样的变换,我们称之为伽利略变换形式啊就是。伽利略就提出了这样的一种变换,伽利略变换。那么如果是相对论情况又如何呢?如果是相对论情况,我们知道物体的速度是不能超过光速的。它有一个新的变换公式,这个公式就是。人相对于地面的速度等于V1加V0,再除以1,加上V1V0除以C方会变成这个样子。啊,这就是相对论的情况。

        而这种变化我们就称之为洛伦兹变换。洛伦兹变换我们可以研究一下啊,如果V0和V一都远远小于光速C的话,那这个分母基本上就是一了。所以这样一来呢,他这俩公式就完全一样了。但是呢如果说V一和V0比较接近于光速C的话,那这两个公式就不一样。而且你从第二个公式也能看的出来,不管V一和V零是什么数,只要不超过光速。

        最后的计算结果也不会超过光速啊,所以人就算在一个光速的汽车上奔跑,人的速度也不会超过光速的。啊,这个呢就是相对论的变化,洛伦兹变换,那狄拉克方程说的到底是什么呢?就涉及到一个量子力学的基本方程了。我们知道啊量子力学中啊有一个重要的概念,就是包含数。他描述弟子位置在什么地方的概率,量子力学的波函数方程是由薛定谔提出来的。叫做薛定谔方程薛定谔方程。而薛定谔方程,他是为了适应量子力学提出的,所以它是一个什么形式,它是一个非相对论形式啊是非相对论的。

        但是有人说呢,那你这个量子的这个物体啊跑的都非常快。你比如说一个电子,他跑的速度非常快,非常接近于光速。你用非相对论形式不合适啊,你应该把它改成相对论形式,对不对?谁完成了这个工作?就是狄拉克那迪拉克他所完成的就是把这个量子力学的薛定谔方程进行了相对论化。用洛伦兹变换对他进行了处理。这样一来这个狄拉克方程就既满足量子力学,又满足相对论了啊,满足了20世纪的最伟大的两个贡献,对吧?所以你可见G狄拉克方程有多么的重要啊。这个方程比较复杂,我简单的把它写一下。

        写完了啊,大家看这个方程非常复杂,咱们也不用把它记住啊。大概的意思就是说呢我想知道这个波函数普赛到底要满足一个什么规律,他就给了你这么一个规律。而且这个规律呢跟薛定谔方程还有点不一样。薛定谔方程是非相对论呢,他是。出相对论的,所以它比薛定谔方程更加的严格,对吧?所以人们就觉得哦这个方程真是太好了,但是还没等人们开心多长时间呢?紧跟着人们就发现了这个方程的一个问题。这个方程啊有一个非常严重的反直觉的问题。什么问题呢?就是你根据这个方程去求解的话,你会发现呢这个能级电子的能级啊是存在负能级的,他会存在电子的负能节。

        就是你这个方程一减,你就会解出来电子不光有正能级,还有负能题这个事儿我们是无法接受的。所谓赋能及是什么呢?我们知道啊电子有很多的能级啊,比如说这个叫基态啊,这叫N等于一叫基态。这个N等于二叫第一,激发态,N等于三叫第二激发态,电子可以处于基态,也可以处于第一激发态也可以出于第二激发态。但是根据狄拉克方程呢,他不仅有这个。还有什么,他还有比这个基态能量更低的状态,就是负的能及啊,这个叫N等于负一,这个能级,N等于负二这个能级是吧?他会有负能及。这个人们就无法理解了,因为电子的最低能级就在这儿。你如果再往下走的话,负能就在哪儿啊,你得给我找出来呀,对不对?为了解释这个问题啊,狄拉克提出的一种观点啊,这种观点是什么呢?他。就是说啊这个负能级吧,的确是存在的。但是你平时为什么没看见呢?是因为啊负能级上面有垫子把它填满了,把它填满了,其实是一对儿啊,一根据庞蒂不相容原理。每一个能级上可以存在一对电子。

        那你在这个地方填了一对电子之后,他就已经满了,其他电子就不能在这个地方呆着了。赋能及非常非常多,但是电子也非常非常多,把它都填满了,于是给他起了个名字,叫什么呢?叫。狄拉克海啊,第一拉克海。狄拉克海啊就是很深很深的海洋里边全都是水都填满了,所以呢你就掉不下去了,就这么个意思啊。然后人家就问那狄拉克海在什么位置啊,迪拉克就说。拉克海啊在生活中遍地都是,就是我们所谓的真空。真空就是狄拉克海啊,按照第二课的观点,狄拉克海分为两个部分,一个部分是什么?一个部分是负能级,一个部分是负能级,一个部分是什么?是天在赋能及上的。电子,那么电子带什么电带负电,那整体真空带什么电,真空肯定不带电,所以负能亟待什么的,他说不能急啊,就带正电哎。这就是所谓父层级的概念。在证件啊,你说你这个负能及填满的电子是吧,所以电子不能往下掉。

        但是如果我们外界入射一个电磁波呢,那这个垫子有可能会吸收电磁波。跑到高能级去。换句话说,如果我给你能量的话,那这个垫子有可能会飞掉。咱们想一想,如果电子飞掉了会有什么结果?那真空中可就只剩下负能级了,真空中只剩下赋能及,而且他带正面。那这个玩意儿到底是什么,我们关。测到没有?伊拉克最开始的想法是不对的。他最开始认为吧,这个玩意就是质子啊,就是说你质子就是带证件的嘛,对不对?但是有很多科学家啊,包括刨地啊这个呃这个这个。海森堡等等一些人,他们能够计算都发现说这个负能级就是质子,这个说法是不对的。赋能及的质量应该和电子是完全一样的才对啊。于是呢呃在1931年的时候啊,我去写不下,写到这儿吧。

        在1931年的时候,迪达克呢承认了这种观点,迪拉克就说好吧,我承认赋能及他不是电子,那我给赋能给起个名字叫反电子。反电子反电子这个东西啊,它的质量是等于电子质量的质量是等于电子编制这样的。但是呢它的电量不是电子的电量,而是什么呢?而是与电子电量等大。但是反浩的正电荷啊。这就是狄拉克最早提出来的反粒子,也就是反电子啊,就是跟电子反浩。他之所以要跟电子反抗,是因为他从方程上解出来,它是有一个负能级的,这负能级没法解释。对吧?好,我们把刚才说的这个说法在总结一下,刚才我们说的意思就是说呀,他认为真空是分为两个部分的,所以如果在真空环境下,我们加上电磁波辐射就是能量。他就可以变成什么呢?电子和反电子它就可以变成电子和反电子,而且呢反电子带正电,电子带负电。但是反过来讲。假如这地方有一个复能剂,它是空着的,没有电子,那电子是不是还可以越迁回来呀?电子跃迁回来是不是就要发射电磁波呀?那在这个过程中又把能量释放回去的,所以这个过程是可逆的。

        就是电子和反电子他可以合起来变成真空和能量真空我们就不管了。就是电子和反电子合起来,他可以放出能量,这个过程叫什么?就叫正负电子的。湮灭湮灭啊湮灭了之后,电子和纺电子一起消失了,变成真空了,但是能量却释放出来的。

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