成人 男同 反物资的发现，是物理学走向终极对称性的环节一步

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旧年（2024）在大型强子对撞机（LHC）进行的实验标明，产生反物资的碰撞同期也会产生等量的物资。这看似理所天然，但对物理学来说却是一个贫困，因为这标明咱们未能在物资和反物资的产生进程中找到任何不合称性。这种不合称性本应解释为什么世界中物资的数目远多于反物资。淌若在世界大爆炸时物资和反物资是以等量产生的，那么它们早就应该相互肃清，什么皆不会剩下，更不成能有行星、恒星，以至咱们东谈主类的存在。有些物理学家觉得，物资和反物资确乎是等量出现的，但因为它们的性质偶合违反，可能在时分或空间上被推向了违反的标的，因此简直莫得契机相互战斗以至发生碰撞。关联词，这种说法十足短少实考笔据提拔。还有一些物理学家觉得，世界中可能存在一种杰出粒子物理法式模子的物理不合称性，这种不合称性影响了物资的相互作用端正，但咱们还莫得找到它的存在。一个值得商酌的假定是，这种不合称性确乎存在，但它是大爆炸自己的世界特征，是以无法在世界中的局部实验中被不雅测到。除非咱们好像创造一个新的世界，不然不成能在实验室里重现这种不合称性。大爆炸的进程与粒子加快器中的粒子碰撞天悬地隔。因为在大爆炸发生时，新的物资径直被创造出来，这似乎违反了质料和能量守恒定律。关联词，这并不如看上去那样令东谈主畏缩。原因在于，在大爆炸发生的阿谁偏激早期阶段，热力学定律可能并不像当前这么适用，因为那时的世界并不具备当前所不雅察到的对称性结构。

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自20世纪初以来，艾米·诺特（Emmy Noether）通过她的着名定理，解释了对称性和守恒定律之间的内在关连。从那时起，咱们便知谈，能量和质料的守恒源于时分平移对称性。在咱们的世界中，某一时分点发生的事件，其物理端正与其他时分点发生的事件十足一致。这意味着，时分的伊始并莫得非凡真谛真谛，不错淘气聘用。关联词，在世界大爆炸发生时，这种情况显明不修复。淌若时分确乎有一个伊始，那么接近这沿路点的物理事件将不明任咱们熟知的能量守恒和质料守恒定律。然而，假定物资和反物资的产生进程是疏导的，即粒子成对产生并随后相互肃清。独一的区别在于，这个物资-反物资对的时分轮回旅途可能在不同的范例上发生变化。

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理查德·费曼（Richard Feynman）曾提议过一个真谛的不雅点：一个电子-正电子对的出现和肃清，其实不错看作吞并个粒子在时分中上前和向后通顺。这是物资和反物资之间对称性的体现。淌若你翻转电子的电荷，它看起来就像一个正电子；而淌若你翻转时分标的和空间标的，它又会变来电子。这种电荷-宇称-时分（CPT）对称性是多数存在的端正。这种解释被称为费曼-斯塔克尔伯格不雅点（Feynman-Stuckleberg point of view）。因此，有些物理学家觉得，反物资可能在世界大爆炸后造成了一个镜像世界，并沿着时分轴反向启动。关联词，假定在大爆炸时，主要只产生了物资，而简直莫得产生反物资呢？原因可能是，淌若你将一个物资-反物资对的时分轮回旅途阻挡拉长，直到无限大，它并不会造成两个世界——一个由物资组成，另一个由反物资组成。而是只会造成一个由物资组成的世界。不外，这种时势无法在咱们日常感知的时空中径直不雅察到。必须通过一种称为立体投影的非凡关节，能力揭示出这一时势。立体投影技艺自古以来便被用于将球体的名义映射到平面上。古代帆海家在飞行时，必须随身佩戴星图来详情标的。绘图小片星空（如某个星座）是相对简便的，但要绘图整片太空则是一个更为复杂的问题。因为在太空中，星星看起来像球体里面的光点，而当你尝试将这些星点径直绘图到平面纸上时，星星之间的角度络续会发生严重的曲解。那么，怎样能力系统地将这些球面上的星图投影到平面上，而且在这个进程中保执星星之间的角度不变呢？毕竟，对帆海来说，星星之间的距离并不蹙迫，星星之间的角度才是至关蹙迫的。

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托勒密（Ptolemy）在公元2世纪的经典《平面天球仪》（Planisphere）中初度提议了责罚决策。伊斯兰帆海家自后根据他的念念想发明了星盘，这是一种便于佩戴的小用具，比指南针出现得更早。立体投影在好多限度中皆有蹙迫诓骗，包括纯数学限度，但咱们在这里感有趣的是其在费米子（如电子和正电子）上的诓骗。费米子的主要特征是自旋为1/2或1/2的倍数。在这少许上，必须真切一些数学内容。费米子解任狄拉克方程，而恰是通过推导这一方程，保罗·狄拉克（Paul Dirac）初度揣度了正电子的存在。

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狄拉克通过从标量玻色子（自旋为0的粒子）的克莱因-戈登方程开赴，取其“肤浅根”，将其剖析为两个方程，其中一个即为狄拉克方程。狄拉克的洞致力体现了极大的直观，但在某种进程上亦然一次运道的筹商。本质上，狄拉克方程不错仅从立体投影的观点中推导出来。原因在于球体内的旋转与这些旋转投影到下方复平面上的进展之间有着密切的关连。

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事实上，将一个球面投影到复平面上，是物理学中将实数（如色泽）默示的量调养为复数（如波）的步地。关联词，咱们感有趣的不是从球面投影到复平面，而是投影到一个实的时空平面上。原因在于，咱们但愿将粒子在时空中的旅途与球面上的旅途关连起来，渴望从平面投影回球面时，不错揭示物资与反物资之间的某种关系。换句话说，咱们但愿从一个实平面映射到一个实球面。假定世界是一个四维的德西特空间（de Sitter space）。这意味着它具有恒定的正标量曲率。对世界加快扩展的不雅测成果标明，这种假定很可能是正确的。世界有一个正的世界学常数。你不错将德西特空间遐想成一个更高维平坦空间中的流形名义（尽管不一定非得如斯）。它看起来有点像一个沙漏：

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在这种情况下，时分的标的取决于怎样“切分”世界。举例，在左侧的阻滞世界中，时分的切片使得空间具有正曲率；中间部分的世界莫得曲率；右侧的世界则具有负曲率。根据物资的数目和世界学常数的值，爱因斯坦场方程会聘用不同的切片步地。当前不雅测成果标明，咱们的世界大约对应于中间的情况。在量子场论中，有一个常见的技能叫作念维克旋转（Wick rotation）。斯蒂芬·霍金在他的书《果壳中的世界》中曾提到过这少许。本色上，用虚数替代时分的实数默示表情。完成计较后，再将虚数时分调养回实数时分，成果就出来了。之是以能这么作念，是因为复数数学中的一个奇妙性质——认知延拓（analytic continuation），即好像将界说在实数上的函数延迟到虚数上，反之亦然（惟有不遭受奇点）。维克旋转使得咱们好像用虚时分来默示德西特空间，并将其转化为一个四维球面的名义。（凡俗的球面是二维的，因此称为“2-球面”，而四维球面是“4-球面”。）维克旋转在绘图费曼图（或进行量子场论计较）时也绝顶灵验，而这恰是咱们不错找到一个真谛关连的场合。

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费曼图是粒子相互作用的图形化默示。这种相互作用不错发生在本质粒子之间，也不错发生在虚粒子之间（虚粒子是指无法径直测量但其影响可被检测到的粒子）。理查德·费曼（Richard Feynman）开拓了这一关节，以简化量子电能源学（QED）中繁琐的计较。这一关节自后被扩展到统共粒子相互作用的守护中，于今仍用于计较粒子加快器中的碰撞成果。频繁情况下，费曼图是在平面上绘图的，因此会概略两个空间维度。事实解释，这并不会带来问题，因为在计较图对测量成果的孝顺时，不错将这些维度重新加追想。举例，望望底下的费曼图。

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第四色官网纵轴默示空间，横轴默示时分从左向右荏苒。图中的“γ”默示一个光子，这个光子永诀成一个电子和一个正电子。这两个粒子分离开后再次肃清，重新造成光子。费曼将这个电子-正电子对解释为一个单一粒子在时分中造成的闭环通顺。在虚时分中，这个图看起来十足一样。当前，假定在德西特空间上进行不异的操作。在平面上的闭环变成了球面上的闭环。这并非未必时势。咱们称球面与其立体投影之间的关系为“共形”（conformal）。共形投影会保执角度不变，淌若球面上的图形是圆，那么在平面上的投影图形也仍然是圆。

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独一的确凿例外情况是，当一个圆经过球体的北顶点时。立体投影的旨趣是，从北顶点画一条直线，穿过球面上要投影的点，直到这条直线在平面上与投影点相交。然而，淌若想要投影北顶点自己会怎样？成果是，这个点会投影到无限远的距离，而且不仅是单一方朝上的无限远，而是统共方朝上的无限远。换句话说，淌若你把一个平面“包裹”起来，使其贴合球体的名义，那么平面上统共的无限远点，非论哪个标的，皆会映射到北顶点上。（在绘图夜空舆图时，频繁会聘用一个卑不足谈的点看成肇端投影点。淌若你生涯在北半球，那么不错聘用南顶点看成投影的伊始，这么北半球的夜空图就不错便捷地映射到一个圆形区域内。）这意味着，在虚时分德西特空间中，任何物资-反物资的轮回，非论何等小，惟有有一个点经过北顶点，那么在立体投影中，它看起来就像是一条直线。

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Needham, Tristan. 《Visual Complex Analysis》，牛津大学出书社，1997年。由于球体名义是对德西特时空的默示，因此不错把世界大爆炸——时分和空间的伊始——遗弃在北顶点。而南顶点的位置相对相比淘气，因为在虚时分中，空间和时分是等同的，伊始并不应该有非凡真谛真谛。不外，频繁咱们会把南顶点看作咱们所在的时空位置。除了世界大爆炸以外，北顶点还代表着无限的时分和空间。在球体上的任何物资-反物资轮回，淌若不经过北顶点，皆会是相对凡俗的轮回；但淌若经过北顶点，这些轮回在立体投影中会进展为从无限时分和空间开赴，然后又回到无限时分和空间的直线。最蹙迫的是，在这个进程中，这些粒子的时分并不会倒流。关联词，在咱们的世界中，咱们不觉得粒子会编造从“无限远”出现。诚然无法解释某天不会有一团物资眨眼间穿越到咱们的可不雅测世界中，但咱们并不这么预期。不外，咱们确乎觉得这些粒子源自世界大爆炸。由于大爆炸位于北顶点，咱们视这些物资为从大爆炸中出身的粒子。尽管在立体投影中，它们似乎来自“无限远”，但因为它们穿过了大爆炸，咱们无法探知它们在此之前来自那边。在球体上，这些粒子看起来像是从大爆炸中出现，然后又回到大爆炸，就像物资-反物资轮回一样。但在平面投影中，它们进展为从负无尽穿越到正无尽的粒子旅途。我提议，咱们世界中的物资大多解任这么的旅途，因此在咱们的不雅测中，它们皆进展为凡俗的物资，因为它们本质上从未逆转时分，回到曩昔。本色上，物资和反物资之间的对称性从未被壅塞。违反，由于这种从出身到肃清的轮回具有无限曲率，在咱们看来，统共粒子皆进展为物资。从这个角度来看，反物资无处不在，因为它本色上等于物资。 本站仅提供存储功绩，统共内容均由用户发布，如发现存害或侵权内容，请点击举报。