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我们目前所生活的世界是由物质构成的，不过我们所能接触到的物质并不是物质的全部，准确的说：我们日常生活中所能接触的物质都是正物质，有正物质当然也就会有反物质，也许在宇宙的某一处角落，还有个一模一样由反物质构成的世界，这就是目前物理学家正在研究的镜像宇宙。 说起反物质，喜欢科幻电影的朋友可能都看过威力巨大的反物质武器，这种武器在电影中被刻画成了一种可能将地球顷刻之间毁灭的恐怖核武器。但实际上反物质武器并没有大家想象中的那样可怕，而且反物质的发现过程还十分有趣，因为反物质的诞生并不是源于实验，世界的另一半竟然从物理公式中推导出来的。 再讲反物质发现过程之前，我们可以在头脑中做一个简单的实验假设：在公路上有一辆车正在向前行驶，这辆车相对于地面的速度是V1，这辆车上有一个人也在向前奔跑，这个人相对于车的速度是V2。  那么问题来说，请问：在汽车上奔跑的人相对于地面的速度V3是多少呢？ 这个问题其实很简单，有初中物理常识的朋友就可以轻易的回答出来：因为人奔跑的方向与汽车行驶的方向一致，所以人相对于地面的速度就是汽车相对于地面的速度加上人相对于汽车的速度。 即V3=V2+V1，这种变化是符合伽利略变换的 但是伽利略变换并不是适用于所有的运动情况，举个例子：假设汽车的行驶速度V1是光速C，那么根据伽利略变换，人相对于地面的速度V3=V2+C，这就已经超过光速了，所以说：伽利略变换在高速运动时，并不适用。 那么在物体高速运动时应该如何计算呢？物理学家爱因斯坦使用著名的相对论解决了这个问题  在相对论情况下（高速运动）：V3=（V1+V2）/（1+V1V2/C2） 这也就是狭义相对论的核心：洛伦兹变换。 通过两个公式，我们可以很直观的看到：如果汽车的速度V2和人的速度V2要是远远小于光速C的话，那么（1+V1V2/C2）就无限接近于1 V3=V2+V1和V3=（V1+V2）/（1+V1V2/C2）就没有区别 也就是说只有在高速运动中，相对论效应才明显，在低速运动中，伽利略变换的传统物理学仍然是正确的。 可能大家看到这里，有点不耐烦了：说好来看反物质是如何发现的，怎么变成一大推速度变换公式？  下面进入正题接下来让我们把视觉聚焦到微观世界，如果我们想要计算一个微观粒子的运动，我们想要应用到什么？ 宏观世界的经典物理学肯定是不适用，我们需要应用量子力学中薛定鳄方程  这个方程看起来很复杂，一句话概括：薛定鳄方程是用来描述粒子在什么地方的概率的方程，也就是描述微观粒子运动的一个方程，但是这个描述微观粒子运动的薛定鳄方程有一个局限性，那就是薛定鳄方程是非相对论的方程。 但事实上是微观粒子与宏观物体是不同的，微观粒子的运动速度非常快，很多情况下都是接近光速的，所以非相对论的薛定鳄方程描述微观粒子的运动是不合适的，想要准确的描述微观粒子，那么就需要将非相对论的薛定鳄方程改成相对论形式的薛定鳄方程。 在1929年，物理学家狄拉克就完成这项工作，将量子力学与相对论结合在了一起，于是诞生了相对论量子力学方程，即狄拉克方程  这个方程很复杂，大家也不需要花时间去记住它，我们只需要知道这是一个满足相对论的描述微观粒子运动的方程就可以了，但过了一段时间之后，大家发现狄拉克方程也是不完美的，因为狄拉克方程存在着一个严重的、违反常识的问题，那就是通过狄拉克方程解出解很奇怪。 通过狄拉克方程解出的解意味着：微观粒子存在着负能级，也就是说微观粒子存在比零更低的能量状态。 比零还要低的能量状态，这是严重违背常识的，因为当时物理学家从来也没有发现过能量为低的微观粒子。  神奇的狄拉克海狄拉克就此提出了一种猜想，以电子为例，狄拉克认为：负能级的电子是广泛存在的，但是为什么在现实中没有被发现呢？ 因为在负能量上有电子，根据泡利不相容理论，一个能级上可以存在一对电子，在负能级有一个电子之后，就处于平衡的状态，所有的负能级上都有一个电子，所以就都处于了平衡的状态，所以我们就发现不了，这种能量的分布情况被称为狄拉克海，狄拉克认为狄拉克海其实就是我们的真空。  我们来整理一下思路：狄拉克认为负能级是存在的，负能级上有一个电子，所以处于平衡状态，电子带负电荷，所以负能级就一定是一个带正电荷的、质量与电子相同的粒子。 那么这个带正电荷的、质量与电子相同的粒子究竟是什么呢？其实就是反电子，一种电荷、自旋方向与电子相反，质量与电子相同的粒子，反电子就是电子的反物质。 反电子概念提出后，反质子、反中子、反夸克，反氢原子相继被发现，于是解开了世界另一半的神秘面纱。 所以说世界的另一半，是从物理公式中推导出来的。 |
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