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[探索频道] 如果反物质和物质在宇宙中轮回,那宇宙就是在不停重播一部电影

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 楼主| 发表于 2019-4-29 18:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

我们的宇宙是否在一涨一缩中循环,我们目前的世界被正物质控制,是否有一天会轮到反物质当家呢?届时反物质世界中的智慧生命又在实验室中因为发现了负电子而欢呼雀跃。现在就让我们看看正电子是怎样在时间中逆行的。

理查德·费曼(Richard Feynman)是20世纪最伟大的理论物理学家之一,他最著名的成就是他的费曼图。图中描述了粒子在空间和时间中的旅程,以及它们是如何通过吸收和发射辐射(比如光子)来相互作用的。从更高的角度上来看,费曼图本身还对高深的数学部分进行了编码,使得物理学家可以通过计算,得到这些物质的基本组分的行为模式。费曼图的含义之一就是:一个反粒子可以看成是一个粒子在时间中逆行。

这就引起了很多关于反物质的神奇想象,比如,我们看到一个正电子,会感觉它是来自于未来的电子。人们经常说时间不等人,当然时光无法倒流。把这个理论用到反物质世界中,就会变成:反物质世界从未来正在向着现在的我们前进,从未来的角度看当前是不可知的,就像我们在现在看未来不可知一样,而且反外星人随着每一反天而返老还童。(读到这你可能有点懵,不要急往下看)要了解反物质相对正物质的时间反转,我们首先需要理解物理学基本定律与时间的关系,以及我们对时间的感知来自于哪里?

对于实体物质,包括生物,时间是一种幻觉,比如鲜花凋零、容颜老去、鸡蛋破碎而不会自发恢复完好,通常当感觉到有序变为无序时就会直观地觉得时间流逝了,但一旦从物理学的基本定律来看,时间存在的就没有意义了,因为无论哪个物理公式中都没有时间这个因素。

无论是行星还是台球,所有宏观尺寸下的运动都遵循牛顿运动定律;如果我们能将时间倒带,会看到行星在轨道上绕着太阳逆行回到过去,而这个过程中牛顿运动定律不变。

很显然这些基本的定律方程并不关心你的时钟是朝哪个方向转动的,叫但毫无疑问,时间有一个明确的方向。单独的一些原子是不在乎时间矢量,但是它们之间的相互作用使它们四处移动,使得一个原子集群趋向于变得无序。这是由于多个原子排列存在更多的可能选项:原子形成某个特定的鸡蛋只有一种方式,但是它落在地上打碎的方式可以有无数种。

举一个简单的例子,在斯诺克比赛开始的时候,10个红球被摆在一起构成一个类三角形。随着母球撞击,红球会被打散。由于开球之后这些红球被击中会停留在很多可能的位置上,所以每一局比赛从开球阶段就变得几乎独一无二。在很小的概率下,母球可能没撞上球堆,甚至自己碰到桌边反弹恰好回到了开球点位。这种情况下,将录像正放和倒放,电视观众就没法分辨哪个是真正放而哪个是倒放。除了这种千年难遇的情况以外,电视观众都能分辨出真正的比赛和倒放,因为被随机打散的球不会趋向于聚拢起来形成一个整齐的等边三角形。

10个被打乱的斯诺克台球已经足够标示出时间的方向了。在微观物体中包含有大量的原子,所以时间的方向就变得准确无疑。但对于原子中单独的基本粒子而言,时间却丢失了方向,就像斯诺克比赛的最后阶段,台面上只剩下一个黑球和白色母球,下一杆可能会打一个“定杆”,就是白球撞击静止的黑球,然后白球瞬间停止,并将自己的动量传递给黑球。反向播放这段录像,与正向唯一不同的只是黑色的“母球”撞击了白球而已。要是把两个球都换成白球,你就无法分辨所看的录像是正放还是倒放的。类似地,在单个电子、质子甚至原子的层面上,所有的法则都与时间方向没有关系。

对于那些单个的带电粒子,在相似的黑白台球情况下,如果也将黑白两色交换,你会无法分辨真实和倒放。这是物质和反物质之间的对称,比如正负电子之间。电子的行为机制及其对力的响应,等同于镜像观看一个倒向播放的正电子。因此,正电子在正负电子对撞机中逆时针循环而形成的电流,等同于在时间逆向中观看顺时针循环的电子形成的电流。从这个角度看,正电子就像在时间逆行的电子。

从这个想法延伸到宇宙,假设宇宙是一部正在播放的电影,从我们物质的角度看显然我们的时间之箭一直向前发展,宇宙在膨胀趋于无序混乱(这个无序相对于致密高能的奇点),而反物质世界正在相对于我们收缩。如果有天这部电影又倒放呢?我们的宇宙真的是这样一正一反在循环吗?

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