一分為二、對立統一
你已經知道方程式E=mc²代表什麼意思:質量能夠轉化成能量,同樣,能量也能轉化成質量。這是一個相當高的交換率。能量能夠從真空裡,從場裡借出一小會兒,創建出粒子。
想象一個縮微版的你,在被掏空的宇宙中,被真空包圍——確切地說,是被電磁場的真空包圍。
就在你的眼前,一個電子憑空出現。
為什麼它會出現?因為它可以。所以你看到一個電子出現了。噗!就這樣。
瞬息之前,除了真空,什麼都沒有。現在,有了一個電子,而電子帶有質量。它憑空出現這一事實就意味著一些沉睡著的能量被轉化成質量。那個E=mc²的公式在行動。就是這樣。
但電子還帶著電荷。這就帶來一個問題:那個電荷是從哪兒來的?
質量來自能量,質量與能量是等同的,因此從借來的能量中產生質量是一個平衡的過程,只是將一種形式的能量變換成另一種形式而已。
但電荷完全就是另一碼事了。電子出現後,也隨之出現了一個負電荷。而在這之前,沒有電荷;在這之後,有了一個電荷,這,顯然,無論如何都是無法接受的。
永遠記住那句俗話“天下沒有免費的午餐”,你不能無中生有地創造出某樣東西而不付出代價。這從來不會在現實生活中發生——我能聽見你的嘆息——至少這次,你或許會因為聽到在量子世界裡也同樣如此而感到高興。
那麼,我們怎麼處理這個電荷?我們只能對此視而不見嗎?
我們不能那麼做,因為這太重要了。宇宙中的每一個電子都帶著一個電荷,其他許多基本粒子也都如此。
那麼這個電荷從哪裡來?
最簡單的答案往往就是正確答案,這就是:一個電子從來不會被單獨創造。它必須與另一個與它除了電荷之外一模一樣的粒子一同被產生。那個粒子所帶電荷是正的,它被稱為“反電子”。
我們是為了讓所有被“無中生有”的電子-反電子對的電荷總和為零才設想出這個反電子概念。在這裡我們不需要E=mc²或其他任何公式幫忙。這種現象並沒有違反任何規則:在電子與反電子被創造出來以前,總電荷是零,之後依然是零。
電子與反電子對被“無中生有”的過程被稱為粒子-反粒子偶的產生。
反方向的過程同樣存在:當一個電子與反電子相遇時,它們發生湮滅,消失了,噗!不見了,它們的質量變回能量,在一瞬間,變成光。
電子們與它們的相反自己產生於電磁場,當它們相遇湮滅後又變回到電磁場。
既然電子自身存在著,又因為它們是從電磁場中通過電子-反電子偶生成的,那麼推論就是反電子們也應該自身存在。事實上它們的確存在,但不是在任何地方都能找到它們。
構成我們的物質,構成我們行星、恆星以及星系本身的物質,只是所有物質的一半。所有物質中的一半是反物質。但如果只有反電子的話,那就不是所有物質的一半了。那麼有沒有反夸克、反光子和反膠子?
對於電子適用的,對於其他粒子也適用。
它們都有相反的自己。
反夸克的確存在,反中微子和反光子也一樣。但有些粒子,不帶電荷的那些可以同時屬於兩個陣營,成為它自己的反面。光子就是一個好例子:因為光子與反光子都不帶電荷,所以它們一模一樣。
那麼為什麼不管在哪裡,我們都看不到所有其他反粒子出現在我們身邊?
答案是它們就在這裡,就在你身邊,但很少量,因為每次一個反粒子出現,都只能存在非常非常短的時間。記住,任何反粒子與它對應的正常粒子遇到時就會立刻湮滅,依照E=mc²變成一縷能量與光消失。
然而,在宇宙中的某個地方,是否存在一整個由反物質構成的世界,一個反世界,如果你想這麼稱呼它的話。沒有誰知道是否有這樣的世界存在,但如果它們的確存在,而且如果你真的有一天碰巧在外太空見到一個來自它們世界的你,不要握手。你和你的“反你”將變成炸彈立刻爆炸。非常劇烈的爆炸。
就是這樣,我們周圍依然有一些反物質存在。甚至就在你體內,就現在。
每次放射性衰變發生時,就會產生一些反物質,但會迅速和與之對應的正常物質湮滅,產生非常高能的光線,通常它會直接射過你的身體,你和其他人都不會注意到它。
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