反物质可以逆转时间吗 (反物质会产生反重力吗)

物理学家:很简短的回答是对的,但不是以时间旅行者的方式。

物理学中存在着一种对称性,它隐含在我们最最熟知的物理基本定律中,这种对称不会被我们所知的过程打破,这就是所谓的“CPT对称”。它说的是如果你把宇宙、宇宙中的所有东西包括翻转电荷(C)像穿过镜子(P)一样将所有东西左右彼此变换,再将时间反演,那么物理学的基本定律会继续发挥作用。

反物质会产生生命吗,反物质可以逆转时间吗

当我们将(P)与(T)联合起来看,相当于给一个四维时空坐标取负值,即将(t.,x, y, z)变成,(-t,-x, -y, -z),抛开时间参数之外,余下三个参数可以反馈出三维空间内所有的空间方向,而且由于这种反馈是等量相反的(即左右互换),所以这三种变化将与(P)保持一致。这样我们就可以发现,当你在量子理论中联合(PT)时,如果翻转粒子电荷(C),事实上什么都不会变化。

准确的说,在所有我们已知的相互作用及微观粒子现象中,交换所有的坐标(即联合PT),或者改变电荷(C),其基本物理定律均保持不变。根据“CPT平衡”, 这让我们值得考虑在这些变换中存在导致 “时间反演”的可能。

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电荷共轭可以使得宇宙中的所有电荷发生翻转。然而对我们来说最重要的是,质子带负电荷,电子带正电荷。电荷共轭可以保证所有的电磁学定律保持不变。基本上,在翻转电荷之后,喜欢仍然是喜欢(和排斥),对立仍然是对立(和吸引)。

时间反演:如果你把电影倒过来看,会发生很多几乎不可能的事情。饭没有吃,机器人没有爆炸,话没有说,心没有破碎。在每一种场景中,关于“前”与“后”最大区别就是熵值,而熵值往往随时间的延长而增加。 这种“统计定律” 的意思是,他们一般只被用来描述事物的“发生的趋势”。

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但是在大到足以被看到的尺度上,也许看不到“不随着时间趋势递减”这样的事件,比如像火把灰变成纸一样。但在小范围中,熵值更像一种建议,而非定律。单个粒子的内部作用可以向前发展,当然也可以向后*退倒**,包括粒子的产生和湮灭。

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图解:左边:一个电子和一个正电子湮灭产生两个光子。右边:两个光子相互作用产生一个电子和一个正电子。这是相同的相互作用的发展和*退倒**,我们在宇宙中都可以看到。

我们在自然界中可以经常看到这两种事件,实际上,不夸张地说它们就是彼此的时间反演。

如果你透过镜子看世界,你将永远不会注意到有什么不对劲。例如,如果你造了一辆车,然后再建一个完全相反的镜像,那么这两辆车的性能就会都和另一辆一样好。直到1956年,我们才终于发现了一个与它的镜像孪生兄弟行为不同的例子。衰变的中子,或多或少都是对齐的,但是通过将超冷放射性钴-60置于强磁场中,我们发现电子会优先向一个方向(β—辐射)射出。

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图解:吴建雄制造了这些行为不同于它的镜像的事物。1956年,他向世人展示了,要制造出一种行为不同于它的镜像的东西是多么困难。

物质通过弱力相互作用的方式具有旋向性,从某种意义上说,你可以真正区分左旋和右旋。在β-(β-)衰变中子变成一个质子的过程中会排出一个电子,一个反电子中微子和光子或两个原子核(通常)。由于中子具有自旋性,所以可以像定义地球自转一样定义它的“北”和“南”。事实证明,在β-衰变的过程中电子总是发射于中子的“南极”。但是镜像会向相反的方向旋转(试试吧!)。所以它们的“南北向”会发生翻转。在中子衰变的过程中镜像是不可能发生的,只是在大自然中从未见过,这不奇怪吗?在宇宙中并不一定存在“宇称违背”,但它确实存在。

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图解:HFGhg:物质与弱力的相互作用是“手动的”。当发射射线(弱相互作用)时,物质和反物质就是彼此的镜子。

宇称性和电荷的区别就是是反物质与物质的区别。所有反物质粒子的电荷都与它们的物质对应物相反,它们的宇称性会发生翻转,从某种意义上说,当反粒子利用弱力相互作用时,它们就像镜子里的物质一样。当一个*中反**子衰变为一个反质子、一个正电子和一个电子中微子时,正电子就会从它的“北极”跑出来。

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CPT正是为什么物理学家有时会说一些听起来很疯狂的话的原因,比如“反粒子(CP)就像普通粒子进行时间反演(T)一样”。在物理学中,无论什么时候,当你试图弄清楚反粒子在某种情况下的行为,你总是可以把时间倒转过来,考虑一个普通粒子回到过去的行为。

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图解: “反物质就像时间倒流的物质。从技术上讲是正确的,但不是以一种对任何人都有用或特别有启发性的方式。”

这并不像它看起来那么有用。老实说,这对于理解衰变和中微子以及现实的基本性质是很有用的,但就你个人对反物质和时间的理解而言,这是一个非常没用的事实。“时间反演”是描述单个粒子相互作用的一种有用方法,但是当你观察越来越大的尺度时,熵开始发挥更重要的作用,通常时间流逝的里程碑(如滴答作响的时钟、褪色的墨水、生长的树木)在物质和反物质中都以完全相同的方式出现。

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如果生活在反物质世界中的反物质者都是本杰明·巴顿(Benjamin Buttons),那么这将是一个合乎逻辑和社会学的金矿。但说到底,如果你有由一个反物质构成的朋友(无论如何),你会以完全相同的方式变老和经历时间。你可能只是不再想在同一个地方闲逛了而已。

最重要的,时间的定义特征是熵值,熵值会以完全相同的方式对待物质和反物质,未来就是未来,未来就是一切。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. askamathematician-柚子茶

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