上下夸克,和正反夸克有什麼區別?相反的電荷量是如何產生的?

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上、下夸克只是人為給定的名稱,本身沒有任何特殊性。正、反夸克則不是,它有十分特殊的物理含義。一般來說,上、下夸克各有自己的反夸克,即反上夸克和反下夸克。反粒子是正粒子的共軛,這是反粒子和正粒子之間的數學關係。這種數學關係我不多解釋,因為這個比較專業,涉及到量子力學裡面的很多知識。

反粒子為什麼會有相反電荷?這需要了解相對論性量子理論了。其中荷電費米子的相對論性動力學方程是狄拉克方程。狄拉克方程給出的荷電粒子解很有意思,因為這些解根本不具有穩定性,也不滿足因果律。為了消除這些矛盾,狄拉克引入了反粒子。反粒子在數學上是很容易定義出來的,但是它的物理真實性是否存在,需要用實驗數據來證明。就在狄拉克提出反粒子不久,實驗物理學家就找到了正電子(即電子的反粒子)。反粒子與正粒子的電荷是相反的,這是因為分立對稱性——電荷共軛對稱性——導致的。狄拉克方程對應費米子場,而費米子場的電荷共軛對稱性就要求所有的粒子必須要有一個與自己相互共軛的粒子,它們的區別之一就是電荷相反!但是除此之外,還有一些更重要的區別:能量也是相反的!反粒子的能量是正粒子的能量的相反數!這裡面又有很多事情要交代。按照量子力學的思路,只有那些既含有能量又含有動量的經典力學方程才具有成為量子力學方程的潛力。那麼狹義相對論所有的方程裡只有一個方程有資格成為量子力學方程,那就是能量-動量-質量關係。就連著名的愛因斯坦質量-能量-速度關係式都不是量子力學方程!這就意味著,我們只能承認一個方程,其他方程要選擇拋棄。能量動量關係式直接的量子化結果叫“克萊因高登方程”,狄拉克進一步改造了克萊因高登方程,獲得了一個只有一階偏導數的方程,這就是我前面提到的“狄拉克方程”。注意,能量動量關係式在量子力學裡叫“色散關係”,所以我們要根據色散關係來推斷粒子的能量。可惜,狹義相對論的色散關係是一個關於能量的二次方程,這就意味著能量可能有兩個取值。當時,大部分物理學家都選擇將負能解丟掉,但是狄拉克卻認為負能解是有意義的!這就是反粒子。

夸克是一種費米子,如果能量很高,夸克就是自由的,其運動方程就是狄拉克方程。由於六種夸克之間的質量差異,我們將它們命名為“下上奇粲底頂”。這僅僅時名稱,沒有什麼特殊性。但是,夸克除了有電性,還有色性。夸克帶有色荷,所以夸克將參與強相互作用。在低能態下,夸克之間的強相互作用很強,以致於夸克存在色禁閉。所以我們很難直接觀測到夸克。


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從哲學的觀點看,無生有,有生萬物。怎樣解釋無生有呢?無生有,必然產生無與有可轉換的情況,那就是太極陰陽。當兩種基本能量粒子在一起時表現為無,當兩種基本能量粒子分開時,分別表現為物,即陽能量物質表現和陰能量物質表現,相互作用延伸出去,形成各種基本物質,最終表現為物質,物體,生物。


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