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复数与反物质空间——文献汇编
我的反物质观
物质是有能量的,那么反物质呢,我想它是没有能量的,它应该具有"虚量",具体地说,就是黑洞的力量,能吸入并吞噬一切物质,或者抵消一切物质.
我们知道一切实数的平方都会大于或等于零,可是数学上有一种特别的数_复数,一个单位复数的平方是负一.
复数是什么概念呢,这要和直角坐标联系起来,直角坐标有四个象限,第一象限是正正象限,也就是说他的横坐标和纵坐标都是正数,如果把横坐标比成时间,纵坐标比成空间的话,那么我们今天的科技基本就处在由第一象限向第二象限过渡的时期.
第二象限的时间是负的,也就是说时间是可以倒流的,爱因斯坦当年就提出了一个猜想,如果有一种机器,它的速度大于光速,那么它就能带我们回到过去.第一象限的功能大体是"全球定位",我们对时间无可奈何,只能利用空间.第二象限就可以初步利用时间了.
第三象限的负负象限,这里就需要用上复数了,因为只有复数的平方是
负的,第三象限就可以使我们进入另一个世界,也就是进入反物质的世界,我们可以随意回到过去,随意在瞬间到达另一个星球,可以和死人对话.
第四象限是正/负象限,我想这里蕴涵着帮助我们通往未来的科技,也就是说一旦有人掌握了正/负象限,那么他就可以长生不老,刀枪不入,百毒不侵.
利用和探索反物质是很危险的,一个普通的黑洞的杀伤力是一颗普通的原子弹的威力的一亿倍有余,如果在启动时间倒流时控制不好,那么就会产生黑洞,即使是一个只有一纳米的黑洞,它就足以把地球的热,光,一切一切吞噬无余.
要控制好反物质,就必须解决关于零的问题,陈景润当年证明了一加一为什么等于二,这是他最大的成绩(可惜往往被中国人忽略,外国人是很重视的),这就基本解决了实数相加为什么等于实数的问题,可是零呢,在数学上,零加一等于一吗,我们现在无法证明,零是没有吗?我认为不是,因为零比负一大呀,负一的定义是"曾经有一个单位的能量,现在有消耗一个单位的能量的能量",零是坐标的中心,解决了零的疑问,我们才有进入除第一象限外,其他三个象限的基础.
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物质系统的对立统一影子——复数系统
石益祥1 李友松2
（1. 浙江海洋学院 数学系，浙江 舟山 316004； 2. 哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001）
摘要：物质系统是宇宙的同义词，复数系统则是人类意识的产物，表面上看，两个系统似乎没有任何关系，其实不然，复数系统是物质系统对立统一的影子。本文运用对立统一的方法，通过寻找复数系统各类数的物质背景，建立起复数系统各类数和物质系统各类物质之间的一一对应关系：实态物质——实数，纯虚态物质——纯虚数，正物质——正数，反物质——负数，真空物质——零，复合态物质——复数，再考虑到复数系统的抽象性和物质系统的具体性，可知两个系统之间存在形和影的关系；它为宇宙对立统一基本模型的诞生奠定了理论基础。
关键词：物质系统； 复数系统； 纯虚态物质；复合态物质；零态物质；形影关系
中图分类号：N031 文章标识符 A
数不只是一个记号，它是人类对自然界的抽象物，带有自然界物质的最基本信息。
数带有的时空基本信息是“实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数是时空的数量关系。” [1]
数中包含的物质基本信息到现在也没有弄清楚。原因是纯虚数源于负数的开根号，没有物质背景，而自然数、分数、有理数和无理数；正数和负数；实数的产生都有物质背景，可见，澄清纯虚数的物质背景是弄清楚数带有物质基本信息的关键。纯虚数的物质背景——纯虚态物质找到了，我们就可以在数和物质背景之间建立一一对应关系：实态物质——实数；纯虚态物质——纯虚数；正物质——正数；反物质——负数；真空——零。数带有物质的最基本信息就这样通过对应关系展现出来了。
在复数系统各类数和物质系统（物质系统就是宇宙）各类物质（类按照对立统一的方式划分）之间的一一对应关系上，我们可以揭示出复数系统的本体论意义：复数系统是物质系统的对立统一影子，或者说复数系统是宇宙在量上的投影。更一般的结论是：数学是宇宙在量上的投影。
揭示复数系统的本体论意义具有现实和历史的意义。从数学哲学的角度看，复数系统的本体论意义为数学的客观性和真理性研究奠定了理论基础，它有助于理解数学是什么，为什么数学家可以关起门来搞研究，而结果总是有用，为什么数学可以渗透到科学的方方面面等许多基本的问题。更重要的是，透过数学看世界，可以达到“还数学于生活”〔2〕的境界；而将复数系统的对立统一形式结构相似移植进物质系统，则可得到宇宙对立统一基本模型（另行撰文）。
一、物质的认识过程
人类对物质的认识经历了一个从整体到局部、正到反、宏观到微观、实到虚和有到无的过程。
1.1 实态物质的认识
人类最早认识的要算是自然物。自然物是一个整体，可以不断进行分化组合：小自然物可以聚合成大自然物，大自然物可能分化成小自然物。在小自然物聚合成大自然物的过程中，小自然物之间的结合部成了大自然物的“纹理”；相反，沿着“纹理”，大自然物可以分化成小自然物。而在没有“纹理”的地方，则不能分化。可见，有无“纹理”是自然物可分和不可分的分水岭。随着时间的流驶，没有“纹理”的地方又会生出“纹理”，于是，不可分又变成了可分。还原论的思想或许就在物质的这种不断分化和组合过程中逐渐萌生的。
在还原论基础上发展起来的现代科学，不断深化物质的认识，从宏观物体到分子、原子、质子、中子、电子和夸克等等，但所有这些认识都是囿于实的。
1928年，狄拉克预言了一种新粒子——正电子，四年后，就被安德森的实验所证明，从此，物理学有了正反物质的概念。
1.2 真空物质的认识
现代物理对物质认识的不断深化，使愈来愈多的有识之士意识到真空是一种特殊形态的物质。李政道说：“真空很复杂，是个凝聚态，是有构造的”；〔3黄涛认为：“在物理真空中真空不空，充满着夸克、反夸克对以及胶子，物质与真空中的夸克、反夸克对和胶子不断发生相互作用造成新的强子结构图”；〔4〕薛晓舟、张会则直接把基态量子场定义为真空；〔5〕零点能〔6〕的研究直接把真空看成了物质；而本人的最新研究成果是“真空是宇宙的本原”。〔7〕
有人已经用高能粒子加速器将真空打开来看过了。李政道提出将真空和粒子一起研究。黄涛则把解决对称性破缺和夸克囚禁的关键放在揭示真空物质的本质上。而为了确定自发对称破缺的方式，物理学家已经用相当大的精力致力于真空的研究。可见，对真空的研究已经开始了。
1.3 虚物质概念的提出
虚物质概念的提出可以溯源到一些物理学家对光速最大结论发起的挑战。Eienstein在论文“论动体的电动力学”中对公式因子 加了一个人为限制：不允许其取纯虚数值，于是得出 ，光速最大了；如果允许公式因子取纯虚数值，那么应有 ，光速就不是最大的。超光速运动概念出现了。
最早提出超光速运动的人是ShoTanaka，1960年，他写出了第一篇有关超光速量子场论的文章 。〔8〕1962年，Bilaniuk发表文章〔9〕，认为超光速运动同狭义相对论是相容的，并试图在狭义相对论的基础上建立超光速理论。1967年，Feinberg指出狭义相对论不禁止那些一开始就以超光速运动的粒子的存在，并起名为快子。〔10〕
按照狭义相对论动静质量转换公式，快子（超光速运动的粒子）的质量应该是纯虚数；慢子（亚光速运动的粒子）的静止质量为实数；光子的静止质量为 。按 （ 是粒子的静止质量）的大小，物质按静止质量值的平方可分为下列三种〔11〕：
a) 为实数 ；
b) （ ） ;
c) ( 纯虚数) 。
满足 的物质为实物质， 是光， 是虚物质。虚物质概念因静止质量为纯虚数而得名。虽然实、虚两类物质能在一定条件下变换身分，即从实物质变到虚物质和从虚物质变到实物质，但却被认为不能通过加速或减速而改变其形态的。
将复数系统的对立统一形式结构相似移植进物质系统，笔者从另一个角度提出了具有纯虚数质量值的纯虚态物质概念。因纯虚态物质和虚物质的质量值都是纯虚数，故纯虚态物质和虚物质义同，鉴于这个原因，本文不加区分地使用这两个概念。
二、纯虚态物质的理解
一提到纯虚态物质，人们立刻就会想到鬼魂，这是不对的。按照辩证法，有实态物质就有纯虚态物质；实态物质有占位性，纯虚态物质没有占位性；但两类物质都是客观的存在。关于纯虚态物质的存在性，笔者已经从暗能量、 斥力、超光速等多个方面加以论证，参见文献[7]。
2.1 重实轻虚
人类习惯于将自己的思维囿于实的、可见的、可测的事物上，而对虚的、不可见的、不可测的物质却很少表现出兴趣。虽然虚物质概念在上个世纪六十年代就已经被引入，但迄今为止，很少人注意、研究它，用它来解决实际问题则更少了。
科学界这种重实轻虚的倾向，造成了物理学对物质的研究总是囿于实的。虽说狭义相对论用纯虚数表示时间，但那只是为了方便，科学并不认为时间是虚的。量子理论的波函数虽说是复的，但对波函数虚部的最新解释却是实的：虚部是看不见的实的平面波。〔12〕
科学重实轻虚的倾向，必然会给自己带来不必要的麻烦。因纯虚态物质概念被搁置一边，实态物质概念就缺少了对立方；没有对立方的物质概念体系是不完备的；用一个不完备的物质概念体系去表达完备的宇宙，必然会碰到难解的问题。
引进纯虚态物质概念是科学发展到一定时代的产物，就像数学引进纯虚数是数学发展到一定的时候的产物一样。没有虚数的数系是不完备的，没有纯虚态物质概念的物质概念体系同样也是不完备的。
2.2 理解方式
如果问什么是实态物质，每一个人都可以指着一样东西告诉你说这就是实态物质；如果问什么是纯虚态物质，则没有人能拿得出来，因为能拿出来的都是实态物质。
那么，该怎样理解纯虚态物质呢？笔者认为理解纯虚态物质的唯一途径是运用对立统一的方法。说得具体一些，就是把实态物质的特性，通过对立，转换成纯虚态物质的特性。例如，离散是实态物质的特性，通过对立对应，可知连续是纯虚态物质的特性。下面我们把实虚两类物质的主要特性作一个对比。
实物质
有大小、有形、离散、可见、可测、
亚光速运动、质量为实数、实在性
纯虚态物质
无大小、无形、连续、不可见、不可测、超光速运动、质量为纯虚数、信息性
2.3 尝试性的解释
在实态物质领域内无法解释的物理现象，是否可以在纯虚态物质领域中得到合理的解释呢？
黄志洵说，当光进入超光速传播时，光总是处于消失态。〔13〕 光会消失，一般人觉得不可思议，但如果他们能站到纯虚态物质的角度去看，理解也就不难了。我们知道实态物质具有可见性，而纯虚态物质是实态物质对立，具有不可见性；光的消失说明光从实态进入了纯虚态，而在再次可见时，又从纯虚态返回到实态。
1935年，Einstein，Podolsky和Rosen合写的论文，简称EPR论文。它用实态物质的定域性否定量子力学的完备性，而N．Bohr则以整体的非定域性捍卫量子力学的完备性，于是，N．Bohr和Einstein开始了旷日持久的辩论。辩论以A．Aspect实验宣告爱因斯坦错了〔14〕而告终。
对于非局域性现象（量子缠结现象）J.Bell这样说过，“缠结的量子系统表现出经典世界所不可能具备的行为，……，经典世界也不可能具备缠结量子系统的行为。” 〔16〕这就是说：“在实物质范围内我们无法解释量子的缠结行为”。这就意味着在实物质之外还存在其它的物质——纯虚态物质，就像实数系之外还有纯虚数一样。
用实虚对立的方法对这场辩论进行分析，不难发现爱因斯坦确实错了。事实上，爱因斯坦认为物质都是实的；实物质只有局域性，没有非局域性。玻尔用对立统一的方法回敬爱因斯坦的攻击，认为物质有局域性必有非局域性。玻尔的思维是对立互补的，我们可以从他的家族族徽太极图上知道这一点；而爱因斯坦思维是实的；所以玻尔的思维比爱因斯坦的更基础，更全面。正因为如此，玻尔能接受相对论，相反，爱因斯坦则不断找量子理论的岔子。这是不是相对论和量子理论不相容的根本原因?
三、数的物质背景
数的形成有直接和间接的背景；直接背景是实际的需要，间接背景则是确有和数相对应的各种不同物质存在。它们是复数系统中各类数产生的真正原因。
自然物的存在是自然数产生的直接背景。有理数源于对自然物的分割，无理数源于对土地的测量。可见，物质具有的可分性是有理数产生的背景，不可分性则是无理数产生的背景。
具有对立性质的物质的存在是正负数出现的原因。如果我们从对立物质的一方抽象出正数，那么，从另一方就可抽象出负数。有了正负数，正物质的数量特性可以用正数来表示，反物质的数量特性可以用负数来表示。例如，在物理学中，正电子的电荷数量用正数表示，负电子的电荷数量则用负数表示。能量、折射率也有正负之分。用正数和负数分别表示对立的双方，这是人类表达方式精确化的一个重要标志。
“在所有的十个阿拉伯数码中，‘ ’也许是最特殊的了。‘ ’是“零”的符号，从量上说，它代表着‘无’，然而它又不是毫无内容。作为一切正数和负数之间的界线，作为能够既不是正又不是负的唯一真正的中性数，零不只是非常确定的数，而且它本身比其它一切被它所限定的数都更重要”。〔16〕‘ ’还是“正”纯虚数和“负”纯虚数之间的界线。可见，‘ ’既实又纯虚；既非实又非纯虚。因‘ ’位于复平面的中间，故也是一切相反数的界限（在复平面中，过原点作一条直线，则在直线上关于原点对称的数就是相反数）。
习惯上，我们用非零数代表有，零代表无；一般物质是有，真空物质是无；因此，非零数的背景是一般物质，而数 的背景则是真空物质。
自然数、有理数和无理数、正数和负数的背景都是实物质；数零的背景是真空，那么，纯虚数的背景是什么呢？
既然实数的背景是实物质，那么由对立统一规律，纯虚数的背景就是纯虚态物质。比较纯虚数和纯虚态物质的特性不难知道这一点。例如，纯虚数无大小，纯虚态物质也无大小；纯虚数无序，纯虚态物质不可见，当然也就无序；纯虚数不能作为度量数，看不见的纯虚态物质当然也不能被测量等等。由此可见，纯虚数的背景应该是纯虚态物质。因复数是实数和纯虚数的线性组合，故实物质和纯虚态物质组合就是复合态物质（将专门撰文讨论复合态物质）。
四、复数系统完备的意义
根据数的物质背景，我们可以建立数和物质的如下对应关系：自然物——自然数，物质的可分性和不可分性——有理数和无理数，正物质——正数，反物质——负数，实物质——实数，纯虚态物质——纯虚数，复合态物质——复数，真空物质——零。
如果把数和物质按照对立统一方式进行划分，则对应关系可写成真空物质——零；实物质——实数，纯虚态物质——纯虚数；正物质——正数，反物质——负数；复合态物质——复数。
自从有了复数，再也没有本质上不同的新种类数产生过，复数系统完备了。
从数学角度看，数的形成过程终止表明复数系统之外已经没有新种类数了，换句话说，复数系统已经其大无外了或者说完备了。完备义指具足，意思是说复数系统已经什么数都具备了。事实上，无论对复数作怎样的数学运算：加与减、乘与除、乘方与开方，结果都是复数，即复数系统对数学运算是封闭的。复数系统的最大性隐含了完备性，完备性也意味着最大性。
一个不是最大的数系是不完备的。例如，对负实数开平方得纯虚数，故实数系统不是最大的。
从物理学角度上看，数的形成过程的终止意味着物质系统中原则上已经没有新种类物质可供人们认识了，或者说所有的物质基本种类都已经认识清楚。那么，物质有多少基本种类呢？由对应关系只需看看数有多少基本种类即可。如果把复数系统按照对立统一的方式进行划分，则由复平面可知，数零位于复平面的正中间，自成一类；两轴上的数是实虚对立的两类；两轴又被零分为正负对立的两类（实际上，经过原点的直线都原点被分为正负两个部分）。至于复数则是实数和纯虚数的线性组合，已经不属于基本类了。从复平面（见图）上看,零；实数、纯虚数；正数、负数；复数六大类数形成一个既对立又统一的复数系统。按照物质和数的对应关系，真空；实态物质、纯虚态物质；正物质、反物质；复合态物质六个大类物质应该形成一个既对立又统一的物质系统。由复数系统是完备的,可知物质系统也应该是完备的。按照复平面,六个大类数可分四个层次, 数零位于复平面正中间，是第一层次；实、虚两轴上的数，可以看成由零直接生出来，因而算作第二层次；实虚两轴又可以分为正负（实际上，在过原点的直线上，关于原点对称的所有数都相差一个符号），因此正负是第二层次的进一步分化，属第三层次；剩下的便是四个象限的复数，它们之间是平等的，应该算作第四层次。仿复数系统四个层次六个大类数的科学解释，我们同样可以给出物质系统四个层次六个大类物质的科学解释：真空是第一层次，或宇宙本原层次；第二层次是实态物质和纯虚态物质，它们可以看成直接从真空物质演化而来；第三层次是正物质和反物质，由实态物质和纯虚态物质进一步分化而得到；第四层次则是随处可见的复合态物质。至此，数带有物质方面的最基本信息找到了，它们是零；实、纯虚；正、负；复。
物质系统的完备性是无法用实验证明的。但由复数系统和物质系统的对应关系和复数系统的完备性可知，物质系统也是完备的。实际上是物质系统的完备性，规定了复数系统的完备性；复数系统的完备性只不过是物质系统完备性在人类意识中的反映而已。
值得注意的是，人类对物质系统基本种类物质认识的终止，并不意味着对物质现象认识的终止，恰恰相反，对现象的认识过程是无限的。这就像人类早已认识了复数系统，但复数系统基础之上的数学仍在不停地发展一样。基本种类是有限的，但基本种类不同数量的有机和无机的自线性和非自线性组织则是无限的。这种组织使得自然界生生不息，变化无穷。这类似于《易经》中的八卦，由两仪阴（– –）和阳（—）两爻的不同排列而成。再把八卦按一定次序相互排列，便有了六十四卦。六十四卦还可以继续排列。显然，这个过程在逻辑上是可以无限的。如果把太极看成是物质系统的根本，那么，两仪就是太极基础上的第一层次现象，八卦是第二层次现象，六十四卦是第三层次现象……等等。同一层次的现象是有限的，而不同层次的现象却是无限的，认识的有限与无限就是这样辨证的。
五、形影的关系
物质系统是具体的，复数系统是抽象的，两者的关系是复数系统是物质系统对立统一的影子，分四个方面论述之。
1. 从系统角度看，物质系统的基本结构是真空；实、纯虚；正、负；复；复数系统的基本结构是零；实、纯虚；正、负；复；两个结构的元素一一对应，且都对立统一。由对应关系，抽象的复数系统可看作具体的物质系统的对立统一影子。
2. 任何一个物体都有空；实、纯虚；正、负五个方面：有形部分为实，信息部分为虚，且正反同时存在（如原子中的正负电荷），而没有空间的物质是不存在的。物质的五个方面恰好同复数系统的五大类数零；实、纯虚；正、负一一对应。这种对应关系使数同时具备量和性的特征，从而把两者统一了。
3. 物质系统和数学之间有各种各样的对应关系。从几何角度看，平坦空间对应欧氏空间，弯曲空间对应黎曼空间。从现象分类角度看，确定性现象有微分方程；随机现象有概率统计；〕从运动角度看，静止意味着常量，运动对应着变量，从一种状态到另一种状态的描述是数学变换等等。更有趣的是杨振宁，米尔斯规范场与陈省身研究的纤维丛，二者间的主要术语竟能一一对应。为此，杨振宁曾感叹地说：“我非常奇怪地发现，规范场说的是纤维丛的联络，而数学家在提出纤维丛上的联络时，并未涉及物理世界”〔17〕。依此类推，自然界有什么现象，数学就有相应的分支。可见，数学和大自然的关系象形和影那样密不可分。
4. 不仅物理学的各个分支都在应用着抽象程度各不相同的数学，而且如果存在这样一个数学领域，它对科学的用途到迄今为止还未被发现，那么它很可能在将来会为科学所用。例如，黎曼空间为后来的广义相对论所用。反过来，有时在物理学研究中发明的一些数学概念，却能发展成为重要的数学领域。如傅里叶级数是傅里叶在研究热力学的过程中提出来的，后来形成了一个重要的数学领域傅里叶级数。数学和物理学的这种关系，有人将它说成是“数理同构”，杨振宁则把它比作是两片“在茎处重叠的叶片。重叠的地方同时是两者之根，二者之源。”〔18〕可见，数、理“同根分立”。
参考文献
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The Shadow of Unity of Opposites of the Matter System --Complex System
ShiYixiang1, Li Yousong2
(1. Department of mathematics, Zhejiang Ocean University; Zhoushan 316004; 2. Aherbin engineering university; Aherbin 150001, China)
Abstract: The matter system is a synonym of the universe, and the complex system is an outcome of human consciousness, outwardly, two systems have no apparent relation, actually this is not so, the complex system is the shadow of the unity of opposites of matter system. This text uses the method of the unity of opposites, through looking for the material backgrounds of all kinds of numbers in complex system, set up a corresponding relation between all kinds of numbers in complex system and all kinds of matters in matter system: real-state matter-- real number, pure-imaginary-state matter--pure imaginary number, matter, also call positive-state matter--positive number, antimatter, also call negative-state matter, --negative number, vacuum matter, also called zero-state matter, --zero, complex-state matter--complex number. By abstractness of the complex system and concreteness of matter system, we can know two systems have relation of shape and shadow; it has established the theoretical foundation for the birth of the Cosmo-basic model of unity of opposites.
Key words: Matter system, Complex system, Pure-imaginary-state matter, Complex-state matter, Zero-state matter, Relation of form and shadow.
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从宇宙中没有等量反物质谈起（暂停更新中） [复制链接]
huor
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发表于 2009-6-16 16:55:05 |只看该作者 |倒序浏览
本帖最后由 huor 于 2011-4-22 06:51 编辑
这个帖子我什么时候再做正反物质不对称方面的研究时再更新吧
这个问题相对于宇宙学上大家耳熟能详的大爆炸和黑洞来说，比较不那么引人注目。
但是抛开大爆炸和黑洞那些引人入深的概念和引发的人的遐想之外，作为一个物理学上的未解之谜，它的地位并不逊色多少
为什么这个宇宙中都是物质？为什么反物质存在于我们这个宇宙中的形式，仅仅在于高能物理反应中和物质成对出现？为什么没有另一个世界、另一个太阳和地球，当中的一切是由反质子、正电子等等反物质构成的？
我们先不去抠什么物质反物质的定义，先看看为什么我们说，我们的宇宙确实是上面所说的情况。
毫无疑问我们的地球是物质构成的，每天的生活当中，谁也不会担心有朝一日和什么反物质湮灭。
我们的太阳也是物质的。这要稍微借助下天体物理学中的知识。太阳规模巨大的热核反应是我们小小地球的能量来源，它时时刻刻都在把它的一些粒子吹出来，比如质子电子什么的，这就是太阳风。我们地球沐浴在太阳风下，却没有发生明显的正反物质湮灭现象，这就非常肯定的说明太阳是物质构成的，才能把物质粒子而不是反物质吹出来。整个太阳系都是。
再往大里来推，银河系中的像太阳一样的恒星，每一个都在向外吹着自己的太阳风，也都被别的恒星的太阳风吹着。如果有一颗是反物质的话，它的周围就会产生很明显的正反物质湮灭现象。这样的现象是很容易被观测到的，因为这样湮灭的的发光的光谱类型和普通恒星发的光有很大不同。
向上我们可以推广到更大的结构，比如本星系群，本超星系团等等。
实话实说，对于遥远的天体，如果仅仅是凭望远镜——不管是可见光的，红外的还是X射线伽玛射线的——能够看到它的话，我们并不能够直接测量出它是物质构成的还是反物质构成的。假设有一个反物质构成的天体（仅仅把所有的质子换成反质子，电子换成正电子，中子换成反中子），那么它的辐射和物质构成的天体没有任何区别，引力的效应也完全一样。我们并不能够直接观测出来——我们用望远镜直接看到的光子，其产生对于物质和反物质是完全一样的。
但是我们还是有理由相信，目前我们看到的整个宇宙，都是由物质构成的。
因为当代对于宇宙的研究表明，宇宙中的各个星系、星系团的结构，是从早期大爆炸后相当均匀的一片气体里，通过引力的吸积作用逐渐形成的。某一块气体密度由于涨落稍微高了一些，于是这里的质量就大一些，它可以把周围的气体再吸引过来，进一步增大自己的质量。通过这么一个正反馈的机制，这一片气体密度越来越大，尺度越来越小，最终形成了星系团和星系。宇宙学家通过分析其中的具体过程，假定了宇宙不同组分（暗能量、暗物质、可见物质、中微子等等）去模拟宇宙中不同尺度的天体的形成（这往往叫结构形成），得出了宇宙中大部分为暗能量暗物质的结论。
但我们要说的是，这一片气体的初始条件是相当均匀的，这就排除了它是物质反物质的混和物的可能性。均匀的混合是不可能的，因为它们会充分的互相湮灭；也不会是一大块是物质一大块是反物质，因为边界上面的湮灭同样会造成不均匀。
所以我们有充足的理由肯定，在我们目前可以观测的宇宙中，组成天体的成分都是物质。反物质的存在，只是高能物理现象中的成对产生和湮灭。
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等量, 反物质, 等量, 反物质, 宇宙
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发表于 2009-6-16 16:59:15 |只看该作者
什么是反物质
本帖最后由 huor 于 2009-6-27 13:16 编辑
让我们来更加精确的描述下这个问题。大家都知道有反质子，正电子；也许不是每个人都知道对于不带电的中子还有反中子。那么理论上的描述是什么呢？
还得说当年Dirac写出他的相对论性电子方程，克服了负几率的困难，却发现另外的困难——它的波动的解中包含了负能量的部分。问题是这样会导致电子都无限制地跑到这些负能量状态上。于是Dirac说，这些负能量的解在自然界中都已经填满了，由于Pauli不相同原理，不会有其它的了。倒是如果它被激发出来，那么会留下一个正能量但是电荷与电子相反的空穴，这就是正电子。
俺们系的老系主任赵忠尧先生，是历史上第一个发现正电子的物理学家。1930年时他做的伽马射线的吸收的实验，对产生的效应其实就是在原子核附近，高能光子激发出电子正电子对。但是最终诺贝尔物理学奖的殊荣，给了Anderson，他在1932年在宇宙线中明确发现了质量与电子相同，但是电性相反的正电子。
很快人们就把反物质的概念从正电子上推广开来。在后来的量子场论描述中，反物质是一种普遍存在的现象。它是通常的粒子作“荷共轭变换”后得到的粒子（这个通常记作C）。
所谓的“荷共轭变换”C，实际上就是把类似电荷这样的相互作用的“荷”去负号。只要某种粒子有使其参加某种相互作用的荷，那么在自然界中就存在这种荷相反的粒子。比如质子带正电荷，那么有带负电荷的反质子。
为什么中性的中子也有反中子呢？其实中子并不是真正“基本”的粒子，它是由一个上quark和两个下quark组成的。上quark带2/3个基本电荷单位的电，下quark带-1/3个基本电荷单位的电，所以是中性的。但是对于quark来说，它始终是带电荷的（其实还带有强相互作用的荷，左手的还带有弱相互作用的荷等等），所以始终是有其反粒子的。反中子就是由一个反上quark和两个反下quark组成的。
那么接下来的问题是，这些荷都有哪些呢？每一种荷是负责相应的相互作用，我们有电磁相互作用，弱相互作用，强相互作用和引力相互作用。引力还没有纳入到量子场论的描述中来，我们暂时先不用管。那么有电磁相互作用的电荷，弱相互作用的弱荷，和强相互作用的荷。强相互作用在历史上被人起名为量子色动力学，它的荷叫做色荷。这是因为它的荷有三种，每个quark带其中之一。这正好像光学中的三原色一样，而因为所谓的quark禁闭，我们没法看到一个单独的quark，也就没法看到一个单独的荷，看到的都是三种的混合，就像白光是三原色的组合一样。
其实这还不是全部。量子场论中的荷，并不单单是相互作用的荷，更广义的是某种对称性的守恒量。前面说的有电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用，就分别是三种规范对称性对应的相互作用。除此之外理论还能找出其他的对称性，所以还有其他的荷。比如接下来很重要的，重子数和轻子数。这两个对称性看上去是不错的，实际上也差得不多。让我们在后面来仔细论述
那么现在的总结就是，物质和反物质粒子，具有相反的电荷等等相互作用的荷，也具有相反的重子和轻子数。
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发表于 2009-6-16 17:01:07 |只看该作者
因为在宇宙的早期，由于XXXXX过程造成自发对称性破缺，使得正反物质的相互转化速度不同（具体原理每看懂）。
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发表于 2009-6-16 17:06:44 |只看该作者
现在导师师兄都不在，日子无聊透顶。就算找点事做吧，希望大家喜欢
不过长篇大论、面面俱到的写下去，对俺是个严峻的考验。不知能不能坚持到底
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发表于 2009-6-16 18:12:06 |只看该作者
现在导师师兄都不在，日子无聊透顶。就算找点事做吧，希望大家喜欢
不过长篇大论、面面俱到的写下去，对俺是个严峻的考验。不知能不能坚持到底
huor 发表于 2009-6-16 17:06
只要能让我等看明白到底怎么破缺的就行
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发表于 2009-6-16 19:41:07 |只看该作者
同学是清华大学物理系的？
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发表于 2009-6-17 14:55:44 |只看该作者
原来是中国科技大学的，现在么……
对称性自发破缺在宇宙中确实存在，而且在某个阶段很重要，也和正反物质不对称有非常密切的关系。
但是并不是正反物质不对称性的直接来源，并不是顾名思义的，对称性破缺到偏向物质而不是反物质说来这么简单。
当然下面肯定会讲到
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发表于 2009-6-17 16:17:56 |只看该作者
究竟哪些是基本粒子
让我们再多在微观的世界拓展一下我们的认识。
我想大部分童子们应该听说过，其实上面也提到了，质子中子并不是基本粒子，而是由3个quark组成的。上面提到了中子的组成，对于质子则是两个上quark和一个下quark，加起来电荷是1。质子和中子是一大类叫做重子的粒子的最简单的代表，它们的特点是都是由三个quark组成的。此外还有一大类也是由quark组成的粒子，是由一个quark和一个反quark组成的，叫做介子，例子是π介子。重子和介子合起来叫做强子，代表它们是唯一参加强相互作用的粒子。
也许童子们会问，quark和反quark不是会湮灭么，怎么会组成粒子呢？其实采用这样的观点无伤大雅，因为确实介子都是不稳定的，会发生衰变。事实上重子当中也只有质子是稳定的，连单个的中子也会衰变成质子。整个强子大类中只有质子是稳定的。
我们通常接触到的物质，都是原子核里面是质子和中子，原子核外面是电子。大概是物理学界比较看重其中的原子核的部分吧，通常把这样的物质称为重子物质。这是一个只有在研究正反物质不对称的领域才用的说法。
简短截说，其实重子什么的都是quark，那么其他的还有什么基本呢？
另一大类基本的粒子就是以电子为代表的粒子，它们统称为轻子。这仅仅是因为电子比较轻的缘故，其实轻子这一类中也有比较重的，τ轻子的质量其实超过了质子，接近是它的两倍，相比而言电子只有质子质量的1/1836。
一个很显著的特点，就是quark和轻子中存在“代”的现象。所谓的代的区分，是指这些quark和轻子中，重的种类比起轻的种类来说，只有质量上的不同，而其他的性质，比如相互作用的荷，对称性的性质等等，都完全相同。目前公认的，quark和轻子总共有三代，第一代是上、下quark，电子及其中微子；第二代是粲、奇异quark，μ轻子及其中微子；第三代是顶、底quark，τ轻子及其中微子。这就构成了所有基本的费米子。在此的列表中，放在前面的quark所带电荷都是2/3个基本电荷单位，后面的则都是-1/3个基本电荷单位。电子等轻子都是带负的基本电荷单位，中微子则不带电。
非常值得一提的是所谓的中微子。它不是强子所以不参加强相互作用，也不带电所以也不参加电磁相互作用，只参加弱相互作用。弱相互作用在通常条件下是极其微弱的，所以它们与通常物质的反应是极其微弱的，很难以直接被观测到。这也就是Pauli当时在不能直接看见它们的条件下还要预言其存在的原因。它的地位接下来我们还要更多地介绍。
让我们先把粒子谱介绍完。除去这些提到的费米子（所谓的自旋为半整数的，这里就是自旋1/2的）外，还有一大类是玻色子，它们的自旋是整数。玻色子的大类中，已经研究得很清楚的是自旋为1的规范玻色子。所谓规范玻色子，是指其实电磁相互作用，弱相互作用，强相互作用作为规范相互作用，就是通过交换（可以看作从反应的一个粒子处产生然后运动到另一个粒子处被吸收）这些虚的玻色子而发生作用的，即它们是传递这三种相互作用的粒子。电磁相互作用，交换的玻色子就是光子，弱相互作用是W±和Z0，强相互作用则是被称为胶子的玻色子。
最后剩下的就是迄今还没有发现的Higgs玻色子。它的自旋是0，是所谓的标量粒子。这一点的意义是，它没有对时空的方向性的偏好，所以只有它，这种唯一的自旋为0的粒子，可以不需要其他的什么相互作用而处于一个非0的值上。相比较而言，自旋为1的矢量规范玻色子，如果有非0的期望值的话，就在时空中指出了一个方向，这样就破坏了时空的对称性，理论上是不允许的。同样单个的quark和轻子等费米子也不行。这个所谓的真空期望值，赋予了Higgs玻色子特殊的地位。其实这个真空期望值是所有基本粒子质量的起源，在这里我们先不多说，如果用到的话再介绍。
总结一下，真正的基本粒子包括：三代的quark和轻子作为费米子，电磁、弱、强相互作用的规范玻色子和Higgs玻色子，就是所有的基本粒子。世界原来如此简单。
费米子都是有反粒子的，玻色子则没有。至少在目前研究的水平上，都是认为它们是不可再分的。最后扯远点，其实更高级的物理理论，比如弦论，也不认为它们是我们通常意义上的可分的，只是它们有统一的起源而已，至少目前是这样。
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发表于 2009-6-18 15:44:42 |只看该作者
微观世界有哪些基本的对称性？
本帖最后由 huor 于 2009-7-10 11:11 编辑
在这里我们说的是离散的分立的对称性。前面我们已经涉及到了正反物质之间的对称性，荷共轭变换C。除此以外的，实际上还有宇称P和时间反演T。
说起宇称来，童子们应该知道李政道和杨振宁获得诺贝尔奖的工作就是弱相互作用的宇称不守恒。让我们用更精确的语言来描述一下，实际上由宇称联系起来的两个粒子，可以看成一个是在另一个的镜子里的映像。对我们最重要的是与自旋的联系，认为自旋就是粒子在那里转动的认识无伤大雅，那么朝着粒子前进的方向看过去，我们能看出粒子的转动是顺时针的还是逆时针的（由于量子力学的奇异的效应，如果你沿这个前进方向去测量的话，只能得到完全顺时针或完全逆时针或完全此轴上没有转动等等的状态，不能得到部分转动的状态）。那么镜子里的、由宇称联系起来的粒子，它转动的相对方向自然是相反的。
李杨发现的弱相互作用的不对称性，实际上是弱相互作用只与上面所说的那种前进方向上的自旋是左手方向转动的粒子发生。就是说，如果现实世界中的弱相互作用可以与某个粒子反应，那么镜中的粒子就不可以。这里我们用了这个左手的概念，其实并不需要非常明确的定义粒子是怎么转的，只要和右手的区分开就可以了。
前面所说的真正的基本粒子，实际上费米子的quark和轻子都是要进一步分为左手和右手的，左手的参加弱相互作用，右手的则不。
现在就有了这么一个问题，关于中微子的问题。我们看到中微子只可能参与弱相互作用，可是它也可能有右手的，而右手的又不参与弱相互作用。这么一来，右手的中微子实际上完全不参加任何除引力以外的相互作用，所以我们没法直接用相互作用看到它。其实看到参加弱相互作用的中微子就已经很困难了（形象点说，SNO探测器用了1000吨重水在240多天里总共才探测到1169个中微子事例，而每秒钟、每平方厘米的地面上大概就落下600亿个太阳产生的中微子），但是还是可以的，这是原则上不可以。
右手的中微子不参与任何反应，这等于说它不带任何相互作用的荷。对于这样的纯中性的粒子，实际上可以有一种不同的获得质量的机制。前面我们说到了Higgs玻色子，它的真空期望值是所有基本粒子质量的起源（简洁而抽象的解释是quark和轻子的质量实际上需要左手和右手的quark和轻子耦合，而这样的规范对称性只有通过再加上相当于左手的Higgs玻色子才能够得到保证，只有这样构造质量的方式才能满足所有的对称性）。但是对于纯粹中性的右手中微子就可以不这样，通过两个右手粒子的耦合产生质量是允许的。这样的粒子称为Majorana中微子。
我们费了很大的篇幅讨论右手中微子，但是在历史上物理学家采取的是鸵鸟政策 ，因为我看不见，所以我就不承认有这个东西。流传很广的观点是，中微子只有左手的，反中微子只有右手的。这样如果要由左手中微子得到右手反中微子的话，除去荷共轭得反物质外，还要同时进行宇称变换从左手到右手。这就把荷共轭和宇称联系起来，称为CP。CP对于出中微子以外的其它粒子也是可以的，有那么几年人们认为CP在自然界中是没问题的。但是在1964年，Cronin和Fitch在中性K介子振荡中发现其实不是这么回事，为此他们得到了1980年的Noble物理奖。
最后剩下的是时间反演变换T，这可以看成微观的世界里时间倒流。这个和我们的关系不是很密切，就不多说了。
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发表于 2009-6-19 17:16:29 |只看该作者
正反物质是精确对称的吗
本帖最后由 huor 于 2009-6-19 17:24 编辑
作了那么多铺垫之后，现在让我们来给这个问题一个直接的答案：
是，又不是。
所谓是，说的是孤立的物质和反物质，它们的质量精确相等，由守恒量定义的荷精确相反，这些性质上的对称都是绝对的。
所谓不是，是说如果考虑它们的相互作用，那么其相互作用并非是精确的正反物质对称。
其实扯远点，上面我们说的粒子的质量，所带的荷等等物理量，其实并不是一成不变的。我们用了孤立这种不太精确的说法，强调相互作用的影响不予考虑。事实上，通过不同粒子种类的相互作用，粒子的质量和所带的荷都是可以通过一种叫做重整化的机制来修正的。所以并非精确对称的粒子的相互作用，事实上也就诱导了一个对于粒子“静态”性质的不对称的修正。这样从原则上来讲粒子的质量和所带的荷都不是精确对称的。实际上我们并不需要这么深入的讨论。
也许对称的东西好理解，那么为什么会有不对称的相互作用呢？
不对称的根源，其实上面我们已经提到了，是上一贴的CP破坏。那么CP破坏究竟是怎么回事呢？
在这里我们必须要提一下粒子相互作用的量子场论描述。量子场论是现在的物理学家描述微观相互作用的理论。量子场论的相互作用是个完全局域的过程，形式上就要求几个粒子必须凑在4维时空的一个点上，才能发生反应。而反应也非常简单，其几率辐就是几个粒子（的量子力学波函数）乘起来，再乘以一个耦合常数这么简单。在这一个点上，一般都是有新的粒子产生，旧的粒子湮灭。
举个例子。比如最简单的原子氢原子，电子围绕质子转。这其中的电磁相互作用用量子场论来描述，是一个时空点上质子质子和光子耦合，放出一个光子，另一个时空点上电子电子和光子耦合，吸收那个光子，于是光子就传递了电磁作用的力。当然也可以反过来，电子释放质子吸收。这其中我们刚才所提到的耦合常数，就是电荷。实际上这种交换时始终都在进行的，所以电子始终被吸引在质子的周围。而Rutherford的α粒子散射就只能在靠近的那一段时间内才能有效地交换光子。
现在我们关心的是为什么会有CP破坏。其实我们主要用到的还是其中的正反物质之间的对称破坏，即C。它的最终来源，其实是因为耦合常数可以取复值（希望读者都能够明白什么是复数）。
量子场论中的场（或者量子力学中的波函数），都可以是复的，而且最一般的情形应该是复的，至少从数学完备的角度来讲。也正是因为是复的，我们才有了上面提到的电磁等规范相互作用。但是一般我们的物理测量，直接得到的都是实数。这在量子场论上的要求是，理论必须要是厄米的，即形式上取复共轭仍然不变。但是因为场和其复共轭有区别，所以这个厄米性的要求并不能落到每个耦合常数上，而只能是它们的某种组合。如果对于每一个耦合常数都有这个厄米性的要求，就不会有复的耦合常数，也就没有所谓的CP破坏了。
考虑一个粒子反应过程，比如某个粒子衰变，产物可能是粒子反粒子的某种组合，也可能是都取反粒子的相应组合。对于物质的过程耦合常数是某个复数，对于反物质的过程耦合常数是其共轭复数。本来单单考虑这样直接的反应过程，最终得到的产物的几率还是对称的，因为几率正比于复数模的平方，它本身和其复共轭的模平方相等。但是考虑到其实不仅仅是这一个直接的反应，还有些更复杂、涉及中间过程更多的反应，这样会造成不同反应道的量子力学上的干涉。计入这个效应之后，就可以得到产物对于物质或是反物质的一个非常微小的偏向了。
说到底，自然界本身在相互作用的过程中，就不是严格对称的。所以宇宙中正反物质的不对称性，可以直接从这个相互作用的过程得到，而不用求助于初始状态的不对称性。
PS：今天带过了很多。只能说，其实本质上类似于为什么耦合常数应该是复数，而实际上大部分耦合常数实际上是实数之类的问题，物理学家还还不能用非常通俗的语言来讲解。所以我们做和李淼老师一样的假定，读者是天才吧
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本帖最后由 huor 于 2009-6-19 17:22 编辑
希望大家都来提点意见。哪些地方觉得不明白是我写的问题，怎么写能看得更明白，怎么写能更有意思点
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重子数轻子数如何改变
前面我们的讨论可谓是直奔根源，物质和反物质反应中的不对称性。当然还有很多问题没有解决，现在我们来看看这样一个问题：
在所有的反应中，重子数和轻子数是守恒的吗？
也许我们应该再回顾一下，重子数轻子数的概念。前面介绍到，三个quark组成的粒子是重子，它参与强相互作用。这里的三个quark要么都是粒子，这样的话这个重子属于物质；要么都是反粒子，这就是反物质的重子。把这么一个重子的重子数1分到三个quark上，那么每个quark所带重子数就是1/3；反quark则是-1/3。对于另外的介子，每个都是quark和反quark，所以重子数始终为0。轻子则没有这么几个组成一个的问题，直接每个轻子都带1的轻子数，反物质的则是-1。
问题是，我们日常生活，甚至包括已经在高能物理实验中观测到的反应，还没有直接观测到重子数不守恒的反应。童子们都知道衰变β衰变，这里是一个中子衰变成一个质子，当然还有电子以保证电荷守恒，以及电子中微子以保证轻子数守恒。中子和质子重子数都是1。事实上，高中物理的内容，如果要童子们写出一个核反应的方程式的话，不管是热核反应的一步还是衰变，大家都可以查反应物和产物中的质子数和中子数的总和，无一例外的都是相等的，不相等就错了。轻子的也是一样，像上面一样，什么地方出来一个电子，就要有一个反电子中微子。
事实上，真正有条件检验重子数是不是一个真正守恒的物理量的专门设计的高能物理实验，到目前为止也还没有否定重子数守恒的直接结果。最典型最直接的质子衰变实验，因为质子是最轻的重子了，所以它衰变不可能到达重子，这在能量上是不允许的，它只要衰变就必然违背重子数守恒。但是到目前为止，人们用了很多吨物质，周围摆满了探测器，看里面的质子是否衰变，还是没有得到肯定的结果。
那么，如果所有的反应重子数都守恒，那么宇宙总的重子数就不可能有变化。如果初始状态是对称的，即使由CP破坏引入了涉及正反物质的反应速率的不对称性，生成正反物质的组合的速率不同，但还是没有办法产生净的重子数。所以，其实存在重子数轻子数破坏的反应是生成正反物质不对称性的第一个前提。
但是，理论上的研究，还是展示了重子数轻子数不守恒的可能性。重子数轻子数在量子场论中，是由quark构成的矢量流。量子场论中有一种叫做反常的机制，反常是对于任何规范相互作用的，而弱相互作用只作用于左手的粒子，不作用于右手的。这样弱相互作用的反常直接作用于左手粒子的矢量流，可以使得这些对称性在量子的层次上被破坏。这里的细节太技术了，我们也不想涉及。总之由于反常，使得在通常条件下守恒的重子数轻子数在特定高能高温条件下就不守恒了。我们所有做过的实验，则还没达到这样的程度。
符合上述原理的实际上的反应，最典型的是一次产生12个粒子的作用，其中9个是quark，3个是轻子。这个反应重子数和轻子数都改变3。它其实是宇宙早期的弱相互作用的规范场的拓扑性质在热涨落下的改变，学术上叫做sphaleron。在常温下发生的机率极小，但是在宇宙早期的高温环境中，是有充分的速率发生，来产生净的重子轻子数的。
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本帖最后由 huor 于 2009-6-21 15:24 编辑
除去上面所说的要有重子数不守恒的反应和CP破坏的反应外，要形成正反物质的不对称，最后所差的条件就是宇宙在形成这个不对称时要脱离热平衡。
这个其实相对来说容易理解一些。热平衡的状态，是各个种类，各个运动状态的粒子数达到平衡分布的状态。对于日常生活中，所谓热平衡只有各个运动状态的粒子的粒子数这么一个问题，因为一般没有粒子之间生成其它种类粒子的反应，粒子的种类是固定的。总体来说，在保证粒子数守恒的条件下，越高能量的粒子数量越少，大多数情况下近似是一个指数衰减（精确地说是Bose-Einstein分布、Fermi-Dirac分布），随能量衰减的快慢则取决于体系的温度，温度出现于指数上分式的分母上。
现在我们研究宇宙，其实我们可以反推回宇宙在任意时刻的温度。这样每一种粒子都遵循上面我们所说的温度出现于指数上的分式分母的分布，其实就唯一决定了。考虑某一种粒子的正反粒子，因为其质量相同，所以由质能关系，在可能的运动状态上其能量也相同，这样由上述热平衡决定的其粒子数也相同（其中实际上还有一个正反物质的化学势也相等的问题）。所以宇宙如果各组分始终保持热平衡，那热平衡就已经决定了正反物质的对称。所以要脱离热平衡在这个逻辑下是很显然的。
宇宙脱离热平衡这个要求，其实是唯一看起来算是显然，而又容易实现的要求。因为现在的宇宙，我们的星系，我们的地球，显然是脱离热平衡的。要不然在热运动中，是不会有我们人类、地球和这个世界的。实际上，目前唯一还处在热平衡状态的宇宙成分，是无质量的光子和几乎无质量的中微子。在宇宙演化的历史上，一次次发生的是各种粒子成分从热平衡状态下脱离出来，当然大部分是还处在宇宙很早期的时候。还处在热平衡状态的粒子组分，直译过来叫做热浴（heat bath）。
现在的问题是把脱离热平衡和产生出净的重子数轻子数联系起来，要求其能够同步做到。这其实有两种不同的机制，一种是上一贴说过的，热涨落引起的sphaleron过程，涨落自然就是脱离热平衡；另一种则是已经脱离了热平衡的粒子不稳定发生衰变而产生不对称性。这些还是将来再展开来说吧
那么到这一帖为止，基本的产生正反物质不对称性的三个必要条件实际上都已经介绍了：重子数轻子数不守恒的反应，CP破坏（实际上宇称P也要求破坏，但是这已经在弱相互作用中自然的做到了），脱离热平衡的反应。这三个条件由这一行当的开山鼻祖Sakharov在1967年提出来，并且以他的名字命名。死记硬背记住它都是肯定没错的
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发表于 2009-6-21 18:23:21 |只看该作者
宇宙的最早期是纯能量的。之后宇宙膨胀，温度下降，创生物质。但这个由能量创生物质的过程并不是单向的。而是一个反复的产生粒子反粒子，粒子反粒子又湮没成能量的过程。而粒子和反粒子湮没成能量的速度是不一样的，反粒子湮没的速度要略微快一点（好像只是快10亿分之一），这一点微小的速度差距才产生了今天的正物质宇宙。
楼主现在做的，就是详细解释这点微小的速度差距是怎么来的吧
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发表于 2009-6-21 23:25:57 |只看该作者
让我想起了《CT飞船》
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发表于 2009-6-22 04:31:15 |只看该作者
差不多吧，多谢你把还没说到的物理图象都说出来了
不对称的程度基本上也差不多
不过第一句话有问题。宇宙的最早期是纯辐射的。因为温度远高于所有粒子的质量，所以所有粒子的运动都是极端相对论性的。这只能叫做辐射，不能叫能量
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发表于 2009-6-22 16:47:07 |只看该作者
反应过程的基本图像1——历史规律
本帖最后由 huor 于 2009-6-24 16:24 编辑
前面介绍得比较零碎，索性就接着仓木MM的话把这个过程说的精确点
在宇宙的极早期，大概Planck时间以内，是要用量子引力理论来描述的，现在的理论是无能为力的，这大概对应于10^-44（10的负44次方）秒以前。在这之后，物理学家至少不再是一无所知了。
首先相信大家是不会怀疑那段神奇的时间内，宇宙是极热的。实际上温度的度量是粒子热运动的平均动能。那个时期温度极高，使得热运动的动能远远超出粒子的质量由质能关系决定的静止能量，对于所有粒子都是这样，就是上面说的“温度远高于所有粒子的质量，所以所有粒子的运动都是极端相对论性的”的原因。那么考虑宇宙的中的粒子成分，根据上一帖中提到的Bose-Einstein分布、Fermi-Dirac分布的形式，就可以得到那个时期宇宙中的各种粒子的数目都是几乎相等的。
随着宇宙的膨胀，温度在下降。精确的关系是，时间增大两个量级，温度下降一个量级，宇宙尺度也增加一个量级。到某个时刻，终于某种粒子的质量（还是像上面一样由质能关系换算成能量）作为确定的值开始等于那个时刻的宇宙的温度决定粒子热运动的平均动能了，那么这种粒子就不再是相对论性的，通俗地说，也就是说粒子的动能可以用1/2mv^2来表示了。这是对于这种粒子的一个方面的转变。
这个过程自然是重的粒子非相对论性转变早，越轻的则越晚。一个典型的值是，在大爆炸之后1秒，宇宙的温度以粒子热运动平均动能来度量，大概是1兆电子伏。在这个时期常见的粒子种类中，质量为几个兆电子伏的quark已经是非相对论性的了，大概半个兆电子伏的电子则还是。时至今日，应该只有光子还是相对论性的，因为它是绝对无质量的（胶子虽然无质量但被禁闭了），大爆炸剩下来的光子就形成了也许童子们听说过的宇宙微波背景辐射。因为中微子的质量级别未知，所以它的情况还不是很清楚。顺便说一句，今天的2.73K的微波背景辐射的温度，就对应于刚提到的大爆炸之后1秒时大概是1兆电子伏的温度，也对应于极早期更高、高得大家都没什么概念的温度。
一个更有用宇宙早期粒子组分变化，是相互作用的“退耦”与否。当然宇宙早期，粒子平均能量极高，密度也极高，所以发生相互作用的速度极高。另一方面，确实存在着时间太短的问题，比如我们考虑的动辄都是宇宙最初10^-30秒之内的粒子的反应，可能会有童子担心这么短时间来不及充分发生反应的问题。所幸一般的分析表明，对于所有种类的粒子，前面提到的大平均能量和密度引起的反应速率增大是主导的，所以都发生了充分的反应。实际上，越到宇宙早期，反应速率量级上的增大超过了反应时间量级上的减小。也正是因为这个道理，实际上过了宇宙的早期，不考虑后来形成了恒星等等之后，对于一个粒子来说，实际上就不会再发生和其他粒子的碰撞的反应。如果一个种类的粒子，随着宇宙膨胀粒子密度降低反应速率减小，从某个时刻起，其期望的相互作用次数降到1，那么实际上它与其他的粒子组分就不能再充分的相互作用。充分的相互作用是耦合，那么现在就是退出耦合，就是退耦了。
一般我们都考虑的所有粒子都与之耦合的公共成分，就是上一帖提到的heat bath。事实上今天几乎所有的粒子都退耦了。
还处于耦合中的粒子，能充分的相互作用也就等于处于热平衡中，其粒子数大体上就是由Bose-Einstein分布（对玻色子）、Fermi-Dirac分布（对费米子）给出的。耦合得越好，与标准的分布的偏差越小。脱耦之后就不再受此约束，重的粒子在没有什么守恒定律约束的情况下，可以发生衰变到轻的粒子，同时释放出能量。释放出来的能量实际上加热了heat bath，也就同时加热了其他还没有脱耦的成分。
今天就写这么多吧，属于介绍历史规律。真正的历史交给明天
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发表于 2009-6-24 09:48:39 |只看该作者
这世界既然存在，就不能有太多反物质，或者说正是没有太多反物质，这世界才存在。这是个哲学命题。
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发表于 2009-6-24 13:11:25 |只看该作者
本帖最后由 深度潜航 于 2009-6-24 13:14 编辑
原本打算回复LZ，说说自己的想法，可是看了LZ写的内容，忽然不敢说话了。LZ系专业人士啊！偶不敢关公面前卖弄了。继《时间简史》《果壳中的宇宙》后，来此继续学习 :-)
帮LZ顶一下
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发表于 2009-6-24 14:35:10 |只看该作者
谢谢大家的支持。
其实我学这个方向的时间也不是很久，才刚几个月。很多东西都只是才知道皮毛，有的好多天连皮毛也没看懂。正儿八经的论文还差十万八千里呢
大家尽管来交流，别有什么顾虑。
18楼的哲学问题。其实呢，现代物理学中也有这个逻辑，叫做人择原理。就是我们的宇宙之所以是这样，是因为不是这样，就没有办法演化出问这个问题的我们人类等智慧生物。
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发表于 2009-6-24 16:24:11 |只看该作者
反应过程的基本图像2——暴胀和初始条件
从Planck时间10^-44秒出来以后，到大约10^-35秒（可能还要早几个数量级）左右，温度在10^15GeV（GeV是10^3MeV，即上帖说的10^3兆电子伏）以上。这一段时间是所谓的大统一时期。大统一即是指强、弱、电磁三种相互作用统一成一种共同的相互作用。其实按照现在流行的看法，这个大统一应该是超对称的大统一，即不仅仅有三种相互作用的统一，还有玻色子和费米子的对称性。按现在的理解，物理学在那个时期反而是非常简洁优美的。
我们关心的是粒子组分。那个时候至少会有大统一理论中预言的各种粒子，还有其超对称伴随粒子。粒子种类的具体数字依赖于人们构造的各种模型，不过应该是成百上千的，也许更多。很多粒子都是有着奇怪性质的，比如磁单极子。到10^-35秒左右，大统一开始破缺（这个地方的破缺就是我们前面7楼提到的对称性自发破缺），强相互作用分离出来。因为原来大统一理论中的很多种粒子质量都应该是大统一实现的能量级别的，所以再往后根据我们上一帖所讲的机制，它们就开始向非相对论性转变。而且它们的相互作用几率其实也是和大统一实现的能量级别有关，到后来相互作用变弱，也就从heat bath中退耦出来。然后它们大多数可以衰变到更轻的粒子，但也有稳定的，比如磁单极子。
如果这个过程的痕迹能保持到今天的话，那将是物理学家的一笔财富。很可惜它并没有保持到现在。或许物理学家反而应该庆幸，因为没有保持到现在实际上避免了很多头痛的问题。这个机制就是暴胀。
也许很多童子们都听说过这个暴胀（inflation）。是在宇宙早期一段时间内，宇宙的膨胀越来越快，实际是以指数的形式加速的。暴胀究竟发生在哪一段时间还是未解之谜，其实很有可能它就是刚讲到的大统一破缺的结果，这样的话它其实是和大统一破缺同步的；当然也有可能是比较靠后的，比如10^-15秒左右。其实暴胀的这一段和今天宇宙的暗能量问题，它所驱动的加速膨胀形式一模一样，只不过是在宇宙极早期发生的罢了。它可以解释宇宙的均匀性、平坦性、结构起源等等疑难，这个可以找到相关的科普，在这里就不多介绍了。
要说的是，驱动暴胀的一般认为是一种标量粒子，就像前面所说的Higgs玻色子一样。在暴胀期间可以认为它的密度是常数，不随时间变化的；而其他粒子种类，是被指数膨胀稀释的（等效的直接解释是，我们今天的整个可见宇宙是从指数小的那么大的区域内膨胀产生出来的，那么小的区域内粒子就很少）。所以到最后宇宙中只剩下这种标量粒子，其他的都被稀释得极其极其稀少了。比如上面提到的磁单极子，原来的估计是没有暴胀的话，磁单极子的密度到了我们应该发现的水平。但是考虑暴胀的影响，磁单极子被稀释了大约e^50倍，所以还没有发现。
和磁单极子这些只有在大统一条件下才能产生的粒子不同，现在我们了解得比较多的粒子，也包括了我们还不了解的暗物质粒子，可以肯定的是它们都可以从暴胀后的那种标量粒子的衰变的过程中被产生出来。这些粒子其实在前面的大统一破缺之后也有，不过那一段时间保留到我们今天的那些，都由上面的指数稀释作用，稀释得少得可以忽略不计了。
在这里介绍暴胀，其实的目的是想说：暴胀可以看成是实际上宇宙中粒子组分演化的开始。因为在那之前的东西都被指数膨胀稀释掉了。这实际上确定了各个粒子组分演化的初始条件。当然这个初始条件还要看暴胀的标量场是怎么衰变的，衰变道分支比各是多少，才能决定初级产物。然后初级产物再发生相互作用产生其他种类的粒子，其他种类粒子再发生相互作用产生再其他种类的粒子，这个链条不断进行下去，才能最终又产生出所有种类的粒子来，而且达到其热平衡状态的分布。这才把暴胀之后一切“恢复正常”。
回归主要问题。就笔者目前的知识水平来看，至少在暴胀的标量场直接衰变的这一步来说，是没有正反物质的不对称性的。不对称性的来源，考虑不同的理论模型，在此链条中可能有不同位置的出处，这都是下面要讨论的，但是都不会是第一步。就是说，不仅仅是原则上宇宙的初始条件是对称的，实际上物理学可以论证宇宙一直演化到暴胀时期也还是正反物质对称的，不对称性来自于后面的演化。
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发表于 2009-6-24 18:10:30 |只看该作者
20# huor
人择原理其实就是典型的鸵鸟政策，用结果来解释原因
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发表于 2009-6-26 16:02:43 |只看该作者
有同学给我指出，上面的论述中的，有一些在物理学界还存在一定的争议。
比如同学说到的CP破坏，他以及其他一些物理学工作者认为尚不能明确肯定存在。但是俺不是这么认为
快达到我认识的尽头了，同时俗事开始增多，师兄导师的也要我做点严肃的研究了。更新放慢请谅解
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发表于 2009-6-26 19:21:03 |只看该作者
科普写的很好，忍不住专门注册帐号来顶：）
btw：错别字也忒多了点吧，负几率变成了复几率
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发表于 2009-6-26 20:49:28 |只看该作者
主要内容来自时间简史那本书啊……
傲慢！懒惰！急躁！赋予我力量吧！！！
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发表于 2009-6-28 15:06:20 |只看该作者
越来越发现后面的东西我自己还没有彻底的理出一个完整的头绪来，恐怕有点难产，见谅啊
还得加紧看论文啊
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发表于 2009-7-1 17:57:45 |只看该作者
大爆炸剩下来的光子就形成了也许童子们听说过的宇宙微波背景辐射。因为中微子的质量级别未知，所以它的情况还不是很清楚。顺便说一句，今天的2.73K的微波背景辐射的温度，就对应于刚提到的大爆炸之后1秒时大概是1兆电子伏的温度，也对应于极早期更高、高得大家都没什么概念的温度。
huor 发表于 2009-6-22 16:47
关于微波背景辐射，我以前看到的解释跟你这个不同
我以前看到的说法是：在大爆炸后30多万年（接近40万年），宇宙温度降到了几千K。这个时候原子核开始俘获电子（在这之前电子是自由的，是离子态），而微波背景辐射正是原子核俘获电子发出的光
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发表于 2009-7-3 06:02:28 |只看该作者
这个微波背景辐射的产生确实和原子核俘获电子相联系的，但是“微波背景辐射正是原子核俘获电子发出的光”是有问题的。微波背景辐射的光子本身在原子核俘获电子之前也一直存在，并不能理解成那个过程才第一次发出了光子。
实际上在那段时期，最初大爆炸或暴胀后产生出来的还没脱耦的粒子组分也就只剩下了：光子、电子、原子核。这其中光子是一直存在的。原子核中含有质子中子，大概1/4的重子是作为氦核存在，这是宇宙最初3分钟原初核合成所形成的，其他的就是质子。而微波背景辐射的产生时间大概是30万年。
大概30万年左右的时期，发生的事是最终宇宙中绝大多数光子不再与电子发生散射（光子的相互作用次数的期望值减为0），剩下来的光子才能叫微波背景辐射。如果光子还要发生相互作用的话，对象应该是电子，因为散射截面大。光子如果还能和电子发生散射的话，那么电子也没法和原子核结合成原子。所以光子脱耦和电子和原子核结合成原子的过程是相联系的。在时间上，学术方面细致的定义会给出那么一点点先后来，结合成原子稍早一些，光子退耦稍晚；但实际上也广泛采用同时的说法。
最后一个问题是，光子在原子核和电子结合之前就有，那么这个结合的过程是否也会贡献出光子呢？这个问题其实意义不大，因为很明确的是过程即使发出光子，数量也太少。目前我们很明确的观测到，宇宙中重子和光子的数量比值大概是6*10^-10，就是说在那个时期原子核或电子相对于光子的数量比差不多也是这个级别。每一个原子核和电子结合时，能够发出的光子都是以个位数来记的，所以比起那个时候的一直剩下来的光子数来实在是太少了。
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创世纪吧，用重子还是用轻子？
按原定计划是应该写“反应过程的基本图像3”等等的，但是这个完整的历史写得周全很不容易，所以这里先跳过了
其实从上面两个帖子的论述中，童子们应该可以看出来。我们关心的正反物质不对称的起源，在时间上就发生在两个帖子描述的那两段时间之间。在暴胀结束之后，宇宙还是正反物质对称的；到了形成微波背景辐射的的阶段，就只剩下（正）物质了。
其实我们还能够进一步的限定这个正反物质不对称产生的时间段。微波背景辐射大概形成于宇宙年龄30万年，这相比前面讨论的过程来说已经非常非常晚了。实际上，这个下限可以大大的往前推。考虑宇宙年龄大约3分钟的时间段（叫做原初核合成），这个时候第一批除去氢之外的原子核开始形成。在这个时候，物理学家也就认为，正反物质的不对称已经产生了，即原初核合成只是对于物质粒子。其实是因为在纯物质的条件下，按照现在的理论来计算，所得的结果和现在的宇宙学观测吻合得很好，加入反物质必然破坏这种吻合。
其实还有更深层的原理。正反物质不对称不可能是低能物理的现象，只可能发生在高能物理过程中。宇宙中越晚的时刻，高能物理现象就发生得越少，所以正反物质不对称起源一般来说，应该尽量往前推。当然限制是暴胀。
其实目前学术界还没有公认的正反物质不对称产生的确切机制，这也是笔者犹豫，觉得写下去不容易的一个原因。不过主流的是两种假说，分别叫做baryogenesis和leptogenesis。
它们的意思其实可以从字面来理解，分别是baryon-genesis和lepton-genesis，在组成词的时候都把前面一个词最后的n去掉了。baryon和lepton分别就是重子和轻子的意思，那么顾名思义，就是正反物质不对称性分别来自于重子和轻子。后面的genesis可以指圣经的《创世纪》那一章，当然也可以翻译成起源。笔者倒是觉得翻译成创世纪更有意思一些。要不是有这两个genesis的话（当然目前还只是假说），这个宇宙正反物质一样多，只能湮灭成一片光，万物也都无从谈起（这样的话相当于上帝只做了第一天的工作）。所以其意义不下于圣经的创世纪。
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马上回家了，家里上不了网交不了差。出发之前争取多写点
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重子创世纪1——CP破坏源头和拓扑
本帖最后由 huor 于 2009-7-10 12:57 编辑
先介绍重子创世纪，是因为在物理学史上这是先被研究的情况。这在思路上比较直接。因为观测到的正反物质的不对称很明显的表现在重子数上，就是质子重子这些。而在轻子的部分，因为我们到现在也不能有效的直接观测到从大爆炸残留下来的heat bath中的中微子，它对于今天的技术来说太难以探测了，所以不能直接根据实验数据说轻子的正反不对称性有多大。要是heat bath中探测不到的中微子明显偏向于反中微子呢？虽然理论上不是这样，但是直接观测上没法这么说。研究明确观测到的重子的比较直接，虽然我们下面看到，重子和轻子的正反不对称形式可以转化的。
创世纪的第一步还是先要找到CP破坏的源头。这在重子创世纪中是因为实际上直接存在破坏CP对称性的基本相互作用。事实上，C、P、T这些基本的分立对称变换，如果让它们来变换某个相互作用的话，往往可以给出±1的系数。如果所有相互作用都给出+1的系数，那么整套相互作用在这些分立变换下不变，我们也就说物理理论具有这样的分立对称性。
在这里说的重子创世纪中的CP破坏的源头，用数学的形式写出来，主要的部分是两个（前面提到的三种）规范场的场强张量乘在一起然后用全反对称张量来收缩，将CP变换结合在一起按照指定的法则，这样的项可以得到-1，就破坏了CP对称性。实际上，这种相互作用是非常特别的（当然其实我们也没有写出其它的不那么特别的相互作用，大家看不出来也难怪）。这里我们必须求助于一些数学上的拓扑和微分几何方面的知识。这样的相互作用，如果在作用量当中积分完成后，只能取离散值，经过合式的归一化后始终可以给出整数，实际上我们也正是这么做的。
这是一个很神奇的性质。想想无论宇宙当中物质怎么分布，相应决定的各种规范场的场强怎么分布，这样的一个积分总是整数。这是由数学上微分流形上的微分“形式”场的积分可以化为拓扑上的上同调的性质给出的，我们的大数学家陈省身对此居功至伟，这样的微分“形式”就叫做陈类。回到正体，这就是说，这样的相互作用可以称为是离散的。用物理上更精确的语言来说，这是非微扰（对于微小扰动的一种数学逐阶展开近似计算的方法）的相互作用。明白量子场论Feynman图的童子们，可以把微扰的相互作用转化成Feynman图来计算；但是对这个不行。
上面说的是三种规范相互作用，因为它们都可以破坏CP，也都是非微扰的。但是我们还要考虑要产生重子的确切要求。我们前面提到了重子数的改变是通过弱相互作用，左右不对称加上反常的机制。所以实际上用的相互作用也就是弱相互作用，弱相互作用作为规范理论的场强构成的上述特别的相互作用形式。
最后实际上有效的相互作用是由这种CP破坏的弱相互作用场强乘积的若干个组合，可以转化成前面所说的一次产生12个（物质）粒子，9个quark和3个轻子的有效的相互作用。
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发表于 2009-7-10 15:08:45 |只看该作者
重子创世纪2——对称性自发破缺和真空相变
本帖最后由 huor 于 2009-7-10 15:10 编辑
有了上面的相互作用，那么它们发生在什么场合下呢？前面我们提到了个名词叫sphaleron，那么它是什么东西呢。
英语当中的spha-这个词根，大概可以翻译成球孢之类的东西，有一种球对称生长的意义在里面。它非常形象地描述了这个重子创世纪的发生的图像。其实完全可以把它看成是沸腾的水中产生气泡然后迅速长大的沸腾过程，这个“气相”产生于“液相”中的泡泡长大的过程，发生在宇宙的早期就是sphaleron。所不同的是这里的两个相自然不是水的液相和气相，而是真空的相。说的不那么玄乎一点，就是Higgs标量场的相。
这当中涉及了为什么Higgs标量场会有相变，这和对称性的自发破缺有关。在前面我们也说了这是密切相关的，在这里值得用一篇的篇幅来介绍。
前面我们也说到了，Higgs玻色子目前比较流行的高能物理理论中唯一的标量场，可以有非0的真空期望值。这个真空期望值的取值结合具体的理论，就给出了真空的能量。
可能这个问题会吸引比较多的关注：真空究竟是什么？当然在日常的意义上，是一无所有，连空气都被抽干了。但是其实又不是一无所有。有一个有趣的叫做Casmir的效应
http://zh.wikipedia.org/w/index. ... 9&variant=zh-cn
只能用真空不空，其中还存在着量子场的振荡这样的观点来解释。所以我们相信量子场论的定义，真空是量子场的基态，虽然仍然有振荡。打个通常的比方，这就像是在地球表面找最低点一样，如果四周都比它高，那么这点就是真空。而振荡可以看成是往上爬的尝试。其实这样的类比是很准确的，这里的地理坐标相当于Higgs标量场的取值。更重要的一点，这个图像表明了这个所谓的真空只是个局域的概念，一块区域的最低点并不是全球的最低点。整体上完全可以有更低的位置，按海拔来算，湖底低不过玛丽亚娜海沟，可也可以是真空。
那么接下来是，真空有没有能量，有的话能量究竟是多少？现在的量子场论中的回答是，对于一个确定的理论——主要指相互作用的形式和强度——来说（这就相当于把全球地形都确定了），是全球的最低点能量为0，比它高的都有能量，正比于势能差。如果去翻英文的文献，即使它不用地形这样的类比，确实说的是Higgs标量场，那整体上的最低点整体上的这个词依然是global。
到现在为止也还没有什么问题，但是把它结合到宇宙早期Higgs标量场在不同时期的演化就有问题了。量子场论中的重整化现象（这里没有篇幅展开来介绍），会造成这个理论在不同的能量标度下的相互作用的强度的也是不同，相互作用的耦合常数并不是常数，而是随着能量在跑动的。宇宙早期是个降温的过程，就是说相互作用的平均能量在逐渐下降，所以耦合常数也会随着这个下降的平均能量而跑动。这就造成了理论并不是一成不变的，继续拿我们的地球开涮的话，就是地壳运动、风化之类的，使各个地方的高度随时间在改变。而Higgs标量场的取值只能是连续变化的。所以完全有可能Higgs标量场所在的位置并不是当时的真空。
事实上，所发生的Higgs标量场的势能最低点的位形，根据量子场论是越来越多的，比如下面这个图
左面的是较早的时刻，真空就在中心。右边的话，最低点已不在中心，要选一个，这样Higgs标量场的取值在对称的两个（或很多很多个）之间取其一，就是对称性自发破缺。就像印度洋里的一块石头睡了几千万年，一睁眼发现已经在珠穆朗玛峰的最顶上，呆不住要往下滚啊，滚那边呢，中国还是印度（应该是尼泊尔，不过可能大家喜欢这样的说法）？要挑一个，这就破缺了。
其实真正滚起来就是很快的了，只是在前面的亚稳定状态上要呆很长时间。亚稳态能呆一段时间的话也是真空，不过不是能量最低的。这可以算是真空的一个相，亚稳相。这个真的滚下来的过程首先是靠了量子隧穿，这可以看成是使其偏离的扰动。滚下来的过程是从真空的亚稳相到稳定相，就是相变的过程。这也就是我们所说的sphaleron中的相变。
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发表于 2009-7-11 19:29:17 |只看该作者
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其实２００８年诺贝尔物理学奖就是授予这方面的工作啊。
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发表于 2009-8-10 16:38:30 |只看该作者
假期在家里难得爬上来一次
去年诺贝尔奖得主南部，得奖的工作确实是对称性的自发破却。应该回32楼
南部其实是我们系的得奖的时候上量子色动力学的老师停了课，领我们去参加新闻发布会，所以我大概是中国人中第一个见到的。手机照了很多照片，可惜没有数据线都没传到电脑里。后来也和我们照过合影，到现在也没发到手上。
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发表于 2009-8-10 23:31:02 |只看该作者
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发表于 2009-8-13 18:06:12 |只看该作者
暗物质，很标准化的概念，可能我们的物理进入了瓶颈，现在在量化的科学种总会出现一个标准，这样做都我们现阶段的研究是否还有意义？
世界真的是圆的！
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yj060464
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发表于 2009-9-21 06:32:01 |只看该作者
楼主多久没更新了，，虽然看不太懂 ，还是要支持！！
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huor
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发表于 2009-9-22 14:04:21 |只看该作者
不好意思，回家两个月变懒了，心情也没那时那么好
争取每周更新吧，可能也没几篇了
从宇宙中没有等量反物质谈起（暂停更新中） [复制链接]
xinzhoujie
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发表于 2011-4-22 13:46:58 |只看该作者
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发表于 2011-4-30 11:12:29 |只看该作者
回复 8# huor
自旋怎么测定的？
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发表于 2011-4-30 11:14:38 |只看该作者
回复 8# huor
对于非0的值什么的，能详细解释下么？谢谢
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huor
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发表于 2011-4-30 14:00:44 |只看该作者
本帖最后由 huor 于 2011-4-30 14:02 编辑
回复 44# 周1992
历史上最早的自旋测定是斯特恩（Stern）-盖拉赫（Gerlach）实验，测定了电子的自旋是1/2
http://baike.baidu.com/view/2949531.html?fromTaglist
用类似的方法可以测定很多种粒子的自旋。
再后来的多种多样的粒子的自旋很多是在粒子反应过程中，通过已知的粒子的自旋推出来的，因为反应前后自旋要守恒。而且自旋会影响粒子散射的出射粒子的角分布，也能够从这个角度看出来。
所有粒子的自旋都有理论预言，像Higgs玻色子，理论预言就是自旋为0（是唯一自旋为0的基本粒子），虽然现在还没法实验直接观测。
自旋没有大众好理解的物理图像。硬要解释的话，我觉得还是得找狄拉克Dirac。相对论要求时空一体是4维的，4维时空的矢量比3维空间的多了一个时间分量。自旋为1/2的粒子就是要有两个这样的东西组合在一起，才能像通常的3维矢量在3维空间中转动一样，在4维时空中转动。自旋为1的粒子就可以自己作为4维矢量转动，自旋1/2的每一个就只能“分一半”的转动了
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inssuc
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发表于 2011-5-1 17:10:39 |只看该作者
差不多吧，多谢你把还没说到的物理图象都说出来了
不对称的程度基本上也差不多
不过第一句话有问题。宇宙 ...
huor 发表于 2009-6-22 04:31
你好，请问“早期宇宙叫辐射不能叫能量”这样的知识，在哪里可以找到，是书本上的还是老师口头传授的？或者是自己理解的?
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huor
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发表于 2011-5-2 03:52:49 |只看该作者
回复 46# inssuc
这个任何一本宇宙学的教科书上都会有，推荐俞允强的《物理宇宙学讲义》
http://lt.cjdby.net/thread-632998-2-1.html
######################################
八卦相错和负反物质呈现虚存在态的原因
(2009-06-07 15:39:52)
大宇宙本质上是具有超对称的本无之无，类似泰勒展开式，其可展开成无穷多层次，每一层次对应一“个别某物之无”，同时也各具八卦五行信息属性（实可全数幻演），而无穷多层的八卦相错（在频域则对应频谱混叠，每一基本宫位对应一独立成分）则对应万事万物的生化过程。也就是说万事万物本质上还是无,或者说都是无的某种存在形式，因为多层八卦相错而为假有，有与无在这种意义上完全统一。基于如上思想，可以解释一切实物虚灵物的存在，它们都具备质量、动量和能量三大基本属性，这恰好对应太极泰勒展开式的前三项，这前三项的交错作用，可以构成万事万物存在的基底。进一步拓展，还要加上信息这一物理量的作用，构成四维，如在正物质世界以洛书信息作为基底，在负物质世界以河图信息作为基底，在其它并行世界中还可以其它信息分布作为基底,稳定性程度可能会有差别,河图,洛书是最稳定的能量数码排布形式(可从河洛与黄金分割的关系上得到另一证据)。基于八卦相错的模式，可以解决负反物质的隐形或者说暗物质问题，比如据说锻炼中玄关设窍后本身妙用无穷，并不是一个简单的开天目透视的问题.在八卦门的说法里说：杜门无事好逃藏.就是说要是在该门上人看不见你，所以玄关设窍若知道某些关窍就可以隐形，换句话说玄关设窍就可以具备研究隐形的条件，而剩下问题就是把杜门调过来，把全身玄关各窍杜门同时向外，人就看不见了，当然这涉及到周身太极也即所有三旋基元基本状态的调控。而以负反物质为主体的所谓“神鬼”的存在，为什么体现为常人看不到的暗物质状态（暗物质之谜实际也与此有关），而玄关设窍后具有“鬼眼”的人却能够看到，这主要是因为锻炼后改机换盘造成的（实际上相关于临界区和速度效应，若观察者在其临界区之外，由于其体现完全的波动性，则隐而不可见，若在临界区之内则可见，若临界区相贯，则可能时可见时不可见），与该人玄关设窍后八卦相错的状态直接相关,即相关窍要处生门对着泥丸宫(由于八卦盘旋转,所以生门的位置不稳定,所以这种状态体现为时灵时不灵)。实际上，负反物质在正物质世界的基本存在状态为隐形的虚存在态，从八门遁藏的基本原理上去分析有可能找到比较合理的解释，这对于暗物质和暗能量的研究也是具有相当的启发价值和意义的。八门位置的调控与太极八卦盘的定态旋转有关,实际上相关于其整体的稳恒速度效应,对应其所在四维时空的整体位错,磁体的排列形成隐形或者费城实验的电磁场控制实现隐形都与八卦相错对应的位错情况密切相关,这样除了正物质和负反物质两种不同物质之外,更有同一基本物质存在的不同空间存在状态,其中负反物质在正物质世界为虚存在态,隐形后正物质转为虚存在态,波动性和粒子性反转（实与临界区之间的互相关系有关）.在相对论动量能量公式中其运动部分可以看成虚部,而静止能量部分看成实部,如西门独醉的观点,这不是偶然的,一方面是由于动静互根的原理限定所导致,另一方面是由于运动对应的速度效应可以改变八卦位错状态,相对论神奇时空效应包括所谓的"哈奇森效应"都与这个位错的状态密切相关,同时这个速度效应本质上对应正负物质的相互绕旋速度（绕旋速度直接决定临界区的大小）,也与物质波频率有关.一个直接的证据是能量越高的电磁波容易呈现粒子性——越来越不隐形——对应物质波频率高，越来越实,而能量低的电磁波容易呈现波动性——类似虚存在——对应物质波频率低。负质量物质在正物质世界多属于"虚"的体现为暗物质状态:弥散气态或类似结晶水一样固化于实物结构之中.由于光子是零子的一种,负物质之气只有在与正物质之气合炁后脉动发光才容易被探测到.而进一步只有在整体上能入零,才可能凝成从低等的生命到高级的各种各样的生命形象,其生命的物质密度和空间弥漫状态可千差万别.负反物质在正物质世界中同时存在凝聚态和弥散态,不过其凝聚态只作为组成部分类似结晶水一样固化正物质世界物质实结构中,其弥散态则由于正物质世界的排斥作用,使得其临界区内外环大大压缩或扩张，使得在于人类临界区之外而呈现不可见的“虚”存在态（内环之“内”或外环之“外”），同时呈现高度弥散性和波动特征并在大尺度空间上分布相对均匀,不论哪一种存在态,由于正物质实结构和背景场的约束作用,其都具右旋进性而呈现虚存在态,其弥散态的质量数值都等同于宇宙中所有实物净的正质量数值.负反物质隐形但不隐质,因此构成实物结构中的"空缺"组分,并提供斥力来源,空间中弥散的负反物质当密度增大到一定程度时,也会呈现明显的物理场效应,种种所谓"神鬼"的非信息作用多由此产生.纯正负质量物质属于“冷”暗物质，具有负能量，只有经过活化后变成负反物质才呈现巨大的正能量，其间旋进性要发生逆转。其活化过程类似固态的土地变成微尘一样。万事万物的存在都是无穷维度存在的“投影”，一方面其展开了部分信息，另一方面因为投影而折叠或“失去”了部分信息，而实际上“投影”的运算过程已经使得其与大全信息发生了联系，故“虽离（道）而不离”。
现今物理学研究，基本围绕质量、动量、能量和信息几个核心概念展开，通过仔细思索，我们发现：在数学上通过一个公式可以将这几个概念有机统一在一起，这就是著名的泰勒展开式。假定把任何某一物存看成一个函数F，则其泰勒展开可以写成：F = (1/0!)*m+1/(1!)*m*v+1/(2!)*m*v*v+1/(3!)*m*v*v*v+…，很明显，上述各式中各个分量在系数、指数和形式上都与物理学中的相关定义完全相符，其中第一项对应静止质量、第二项对应物质机械运动的量、第三项对应物质能量。更重要的是，在前三项后边还有无穷多项，现代科学中虽然尚未给出明确定义，但根据一般数学研究，它们必定存在着不容忽视的物理作用，同时也蕴含有极为丰富的信息，为便于研究和交流，我们把这些项统称为“信息”。因此，信息是不同于质量、物质、能量的特殊物理量，有着其严格的物理数学内涵。若将速度看成Z变换中的复数Z,对应特定系统存在的速度变化区间，而将m及其系数对应各阶物理量所存在的量——投影到各速度阶次上所形成的离散序列——对应通常所谓的离散时间信号，则可以基于Z变换性质对该公式所代表的万事万物状态进行研究。首先，现实存在的不同的物体对应不同Z变换形式，但需要说明的是即使具有相同Z变换形式，如果具有不同速度收敛区间，其对应的物体和系统也会不同，如人体及其附相空间神煞的存在就是如此，形状相同或相似，但速度虚实和变化区间不同——万事万物都存在其伴生物质也是由此而发，即各伴生物质Z变换系统函数的形式一致，但对应速度收敛区间不同。同样在同一复数速度区间内可以存在无穷无尽各种不同形式的收敛的Z变换函数，恰应人类生活速度区间内万事万物琳琅满目的存在。另外，单位圆上的Z变换相应于光速极限（以v/C在[0，1]区间内体现），其恰好对应傅立叶变换，形成激波——相应于临界区的存在。对于特定速度空间内存在的系统其收敛域在某一圆的内部、外部或双边环状区域。万事万物都存在无穷阶次物理量，各阶物理量的配比决定了该系统的收敛区间和形式，用到人体锻炼上来说，如果通过心法的调整改变了这种配比并使得其在当前人类所对应速度区间发散的话，就会发生问题，这为基于Z变换原理设计安全合理的锻炼方法提供了启迪。易象对应系统函数形式的微小变化，意象类似孙悟空72变那样的变化则对应特定速度收敛区间内系统函数形式的变化，法身异相则对应不同速度区间内系统函数形式的不一致而从低等到高等法身化象的变化恰对应特定速度收敛空间内系统函数形式的变化，最后都与肉身系统函数保持一致则谓圆满也可谓“自性等身”。无量身系统函数都保持一致则对应完全的全息。速度收敛域和Z变换实际对应离散序列的形式密切相关，调整了收敛域则可完全变为另外一套序列，基于如此原理，就可以实现正负虚实零五种物质存在相或其配比的变化，导致宏观“示相”的不同。
注：基于泰勒展开与Z变换的类比可以得出结论，其中速度对应各存在阶次及其收敛域的划分，为存在之“缘”和“用”，属阳；离散序列的值对应了相应的系数及其分列展开值，为存在之“本（体）”和“因”，属阴。Z变换所对应的整体系统函数是阴阳协同作用造成的，缺一不可，代表了万事万物的各种存在状态。
速度场的状态约定了各阶物理量分相的变化，如其为有旋场，左右旋则对应物质和反物质相的划分，速度的大小也即运动平衡时所对应的收敛域则决定了质量、动量、能量等各阶物理量所对应的序列即其配比。速度的梯度变化对应加速度形成力场可以导致平移离相则相应于各阶次中都存在的正负相的划分。因此，速度场的有旋性和梯度的差异是正负虚实物质存在的必然保证。也就是说，通过加速、减速类变化可以产生正负物质，而通过旋转状态的变化可以影响正反物质分野。1，i，-i，-1分别对应了正加速、逆旋、顺旋和负加速（减速）状态，分别可以调整正负物质和正反物质配比的变化，如顺逆旋平衡等速则出双S物质反物质对待太极图，相应于波相和粒子相状态的调整,咨询停盘相应于减速和负物质的收摄，而加持则对应加速和负物质的释放。
微观高速旋转使得相关基元的临界区半径极小，故隐而不见，随着量子混沌的发生，微渺变化和大尺度变化发生勾连，耦合旋转速度不断降低，则使得临界区半径逐步变大，在人能感知时，有尺许和寸许的差别。
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正物质，反物质，虚物质，复物质正质量，负质量，虚质量，及时空
已有 28 次阅读 2011-4-26 19:53 |个人分类:璇玑|系统分类:科研笔记|关键词:暗物质半导体 反物质 暗能量 复质量 虚物质 复物质 空间 推荐到群组
正物质，反物质，虚物质，正质量，负质量，虚质量及时空关系
宇宙中有正物质反物质，正反物质会湮灭放出能量，正反物质好像不仅仅是正负质量的关系吧，或者没有正负质量的关系，那么怎么湮灭成一对光子呢？
我原来的设想是和半导体中电子空穴相似，真空中也有涌现出的物质，也有旁边留下的坑，
好比种树挖坑，虽然挖出来土堆成堆，但是也有树坑了，又好像把低处的冰挖块到高处，瞬间解冻，高处水流到洞里这过程还是有能量。
正反物质比较好理解，那么有没有虚物质呢？所谓虚物质就是质量为虚数的物质，能量或光子是不是虚物质呢？E=MC2，C或者说质量的开方隐含着什么呢？时空褶皱还是什么？
假如存在虚物质，首先与实物质的叠加是可能的，而且会产生观察不到的现象。不影响实物质的一些运动规律。
质量假如可以是个复数，M=m+in 质量M绝对值为实部虚部的平方根；实部就是实体物质，虚部假如是所谓无静止质量的光子能量子的虚质量，那么是不是可以解释一些问题呢？是不是虚物质就是暗物质呢？
虚物质存在于和物质正交的时空中，也就是说物质假如是存在于空间当中，那么虚物质就存在于时间当中，光子存在于时间维度当中倒是真符合虚物质定义。
有虚物质，就有虚能量拉，是不是就是暗能量呢，存在于时间维度的能量？
胡言乱语君莫笑，虚虚虚虚虚虚道
想得很粗略不很完善尤其是虚物质实物质咋转化，物质中那些是实的那些是虚的，E=MC2的扩展，及质量的平方根和囚闭光子的旋转半径之间的关系等等。
需要好好想想。
物质能量之间的转化就是个相位问题，空间维度为实数，时间维度为虚数，则光子能量向物质质量转化或者说就是一个从时间维度偏转向空间维度的相角问题。
看看M=m+in
hv=E=MC2=（mm+nn）1/2*C2
假设存在空间的物质质量为实质量m，存在于时间的纯能量等效于虚质量in，而总等效质量M为m和n的平方和的平方根
假设对某物来说其具有实质量又有时间维度运动能量等效于总质量M，则假若Meiθ为此物状态，具有时间空间之间相位θ，则其实质量为Mcosθ，其虚质量为Msinθ。呵呵。
假若说一个运动物体的实质量是势（虚）能量，而动能量是虚（势）质量的话，也很好理解，空间离不开时间的约束，时间也离不开空间的约束，时间空间之间的变换好像是一种卷积，空间把时间卷积进来，时间把空间卷积进来，是一种正交关系吧。
假若光子纯粹在宏观世界的时间维度（沿宏观世界线）运动，则其能量为E的话，其虚质量为im，其等效质量为m，有E=hv=[imC2]=MC2。而假设当光子垂直于时间维度在空间中绕圈时（空间维度是虚时间维度（可是假如说光子只能在时间维度运动则时间也是多维的而且可以有虚数问维度即空间）），相当于在宏观世界中静止，沿宏观世界时间线和世界线均无移动而沿内世界维度内时间线内世界线绕圈，假设绕圈周长为光子波长即v=C/λ,即光在绕禁闭空间世界线绕圈，则有此时绕圈光子体系对外表现出实质量，质量M为m纯为实质量，即产生了物质M=m=h/λC。
处在外展开世界线和内禁闭世界线之间运动的光子则既展现静止实质量也有运动的运动动虚质量，静实质量和动虚质量之间可以转化，呵呵，把质量能量转化和守恒定律又转化成广义质量守恒定律了，守恒的是复质量的绝对值或者矢量模，质量在运动时空称为一种复数或赝矢量了。只要找准光子调整角度，就可以把光调成物质，找准角度，可以把物质调成能量，这个角度就是时空相位，时空相位的调整需要电磁调控，因为光子内部有电磁相关属性。
进一步设想其实电磁之间也是个复数关系，光子的电磁场总能量U是一定的，但是总是在电场实能E和磁场虚能iM之间转换震荡不休，而U=|E+iM|,呵呵，电磁转换和能质转换联系起来了？
或者说光子或许除了电磁分量还有其他分量，这种分量产生实质量？
当然讨论的最终目的是把质量，能量，光子等统一到时空介质的性质上，所有的质量，能量，电磁性质，光子都不过是时空褶皱漩涡而已，而时空最终又可归结于信息测度有无阴阳等，但是达到这个目的还需要仔细构建质能转化途径，再构建能量信息转化途径，呵呵最终只要有信息就可以产生万物了，狂想一把。
为什么崂山道士可以穿墙破壁，因为采用某些方法让自己物质身体时空相位改变成能量化或把物质的墙的相位改变成能量的墙？为什么藏密里面虹化物质身体不断消失而彩虹光明不断，因为打开了物质相位向能量相位转化的锁，而钥匙是心识对存在本然状态的领悟。强电磁条件下物质能量之间相位或许也是可以转化的。
所以物质达到光速运动是可能的，只要把实质量相位全转化成虚质量相位的虚物质，物质质量绝对值不变而物质的质量相位发生了变化，但是却可以以光速移动了，或者说转化为光态物质了，所谓虹霓身呀，大迁转身哪，羽化呀都不过是物质身体转移了一个相位而已。
所谓物质的波粒二象性就在于物质实质量和能量虚质量之间的转化在不停运作只是很快而已，所以物质能量统一起来了，物质弥散开来，而能量也有凝聚起来的时刻，呵呵，就在那相位一转，波粒二象动荡不休呀，光子作为能量为啥有粒子特性也可以解释了，那就是光子相位有了偏离时间轴的相位而已。
当然假若在自然科学或物理上能把握住这个相位，那物质能量转换自由自在，人类再也不用为能源问题发愁了，呵呵。
http://blog.sina.com.cn/s/blog_544917fc0100qrx8.html
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物质是有能量的,那么反物质呢,我想它是没有能量的,它应该具有"虚量",具体地说,就是黑洞的力量,能吸入并吞噬一切物质,或者抵消一切物质.
我们知道一切实数的平方都会大于或等于零,可是数学上有一种特别的数_复数,一个单位复数的平方是负一.
复数是什么概念呢,这要和直角坐标联系起来,直角坐标有四个象限,第一象限是正正象限,也就是说他的横坐标和纵坐标都是正数,如果把横坐标比成时间,纵坐标比成空间的话,那么我们今天的科技基本就处在由第一象限向第二象限过渡的时期.
第二象限的时间是负的,也就是说时间是可以倒流的,爱因斯坦当年就提出了一个猜想,如果有一种机器,它的速度大于光速,那么它就能带我们回到过去.第一象限的功能大体是"全球定位",我们对时间无可奈何,只能利用空间.第二象限就可以初步利用时间了.
第三象限的负负象限,这里就需要用上复数了,因为只有复数的平方是
负的,第三象限就可以使我们进入另一个世界,也就是进入反物质的世界,我们可以随意回到过去,随意在瞬间到达另一个星球,可以和死人对话.
第四象限是正/负象限,我想这里蕴涵着帮助我们通往未来的科技,也就是说一旦有人掌握了正/负象限,那么他就可以长生不老,刀枪不入,百毒不侵.
利用和探索反物质是很危险的,一个普通的黑洞的杀伤力是一颗普通的原子弹的威力的一亿倍有余,如果在启动时间倒流时控制不好,那么就会产生黑洞,即使是一个只有一纳米的黑洞,它就足以把地球的热,光,一切一切吞噬无余.
要控制好反物质,就必须解决关于零的问题,陈景润当年证明了一加一为什么等于二,这是他最大的成绩(可惜往往被中国人忽略,外国人是很重视的),这就基本解决了实数相加为什么等于实数的问题,可是零呢,在数学上,零加一等于一吗,我们现在无法证明,零是没有吗?我认为不是,因为零比负一大呀,负一的定义是"曾经有一个单位的能量,现在有消耗一个单位的能量的能量",零是坐标的中心,解决了零的疑问,我们才有进入除第一象限外,其他三个象限的基础.
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物质系统的对立统一影子——复数系统
石益祥1 李友松2
（1. 浙江海洋学院 数学系，浙江 舟山 316004； 2. 哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001）
摘要：物质系统是宇宙的同义词，复数系统则是人类意识的产物，表面上看，两个系统似乎没有任何关系，其实不然，复数系统是物质系统对立统一的影子。本文运用对立统一的方法，通过寻找复数系统各类数的物质背景，建立起复数系统各类数和物质系统各类物质之间的一一对应关系：实态物质——实数，纯虚态物质——纯虚数，正物质——正数，反物质——负数，真空物质——零，复合态物质——复数，再考虑到复数系统的抽象性和物质系统的具体性，可知两个系统之间存在形和影的关系；它为宇宙对立统一基本模型的诞生奠定了理论基础。
关键词：物质系统； 复数系统； 纯虚态物质；复合态物质；零态物质；形影关系
中图分类号：N031 文章标识符 A
数不只是一个记号，它是人类对自然界的抽象物，带有自然界物质的最基本信息。
数带有的时空基本信息是“实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数是时空的数量关系。” [1]
数中包含的物质基本信息到现在也没有弄清楚。原因是纯虚数源于负数的开根号，没有物质背景，而自然数、分数、有理数和无理数；正数和负数；实数的产生都有物质背景，可见，澄清纯虚数的物质背景是弄清楚数带有物质基本信息的关键。纯虚数的物质背景——纯虚态物质找到了，我们就可以在数和物质背景之间建立一一对应关系：实态物质——实数；纯虚态物质——纯虚数；正物质——正数；反物质——负数；真空——零。数带有物质的最基本信息就这样通过对应关系展现出来了。
在复数系统各类数和物质系统（物质系统就是宇宙）各类物质（类按照对立统一的方式划分）之间的一一对应关系上，我们可以揭示出复数系统的本体论意义：复数系统是物质系统的对立统一影子，或者说复数系统是宇宙在量上的投影。更一般的结论是：数学是宇宙在量上的投影。
揭示复数系统的本体论意义具有现实和历史的意义。从数学哲学的角度看，复数系统的本体论意义为数学的客观性和真理性研究奠定了理论基础，它有助于理解数学是什么，为什么数学家可以关起门来搞研究，而结果总是有用，为什么数学可以渗透到科学的方方面面等许多基本的问题。更重要的是，透过数学看世界，可以达到“还数学于生活”〔2〕的境界；而将复数系统的对立统一形式结构相似移植进物质系统，则可得到宇宙对立统一基本模型（另行撰文）。
一、物质的认识过程
人类对物质的认识经历了一个从整体到局部、正到反、宏观到微观、实到虚和有到无的过程。
1.1 实态物质的认识
人类最早认识的要算是自然物。自然物是一个整体，可以不断进行分化组合：小自然物可以聚合成大自然物，大自然物可能分化成小自然物。在小自然物聚合成大自然物的过程中，小自然物之间的结合部成了大自然物的“纹理”；相反，沿着“纹理”，大自然物可以分化成小自然物。而在没有“纹理”的地方，则不能分化。可见，有无“纹理”是自然物可分和不可分的分水岭。随着时间的流驶，没有“纹理”的地方又会生出“纹理”，于是，不可分又变成了可分。还原论的思想或许就在物质的这种不断分化和组合过程中逐渐萌生的。
在还原论基础上发展起来的现代科学，不断深化物质的认识，从宏观物体到分子、原子、质子、中子、电子和夸克等等，但所有这些认识都是囿于实的。
1928年，狄拉克预言了一种新粒子——正电子，四年后，就被安德森的实验所证明，从此，物理学有了正反物质的概念。
1.2 真空物质的认识
现代物理对物质认识的不断深化，使愈来愈多的有识之士意识到真空是一种特殊形态的物质。李政道说：“真空很复杂，是个凝聚态，是有构造的”；〔3黄涛认为：“在物理真空中真空不空，充满着夸克、反夸克对以及胶子，物质与真空中的夸克、反夸克对和胶子不断发生相互作用造成新的强子结构图”；〔4〕薛晓舟、张会则直接把基态量子场定义为真空；〔5〕零点能〔6〕的研究直接把真空看成了物质；而本人的最新研究成果是“真空是宇宙的本原”。〔7〕
有人已经用高能粒子加速器将真空打开来看过了。李政道提出将真空和粒子一起研究。黄涛则把解决对称性破缺和夸克囚禁的关键放在揭示真空物质的本质上。而为了确定自发对称破缺的方式，物理学家已经用相当大的精力致力于真空的研究。可见，对真空的研究已经开始了。
1.3 虚物质概念的提出
虚物质概念的提出可以溯源到一些物理学家对光速最大结论发起的挑战。Eienstein在论文“论动体的电动力学”中对公式因子 加了一个人为限制：不允许其取纯虚数值，于是得出 ，光速最大了；如果允许公式因子取纯虚数值，那么应有 ，光速就不是最大的。超光速运动概念出现了。
最早提出超光速运动的人是ShoTanaka，1960年，他写出了第一篇有关超光速量子场论的文章 。〔8〕1962年，Bilaniuk发表文章〔9〕，认为超光速运动同狭义相对论是相容的，并试图在狭义相对论的基础上建立超光速理论。1967年，Feinberg指出狭义相对论不禁止那些一开始就以超光速运动的粒子的存在，并起名为快子。〔10〕
按照狭义相对论动静质量转换公式，快子（超光速运动的粒子）的质量应该是纯虚数；慢子（亚光速运动的粒子）的静止质量为实数；光子的静止质量为 。按 （ 是粒子的静止质量）的大小，物质按静止质量值的平方可分为下列三种〔11〕：
a) 为实数 ；
b) （ ） ;
c) ( 纯虚数) 。
满足 的物质为实物质， 是光， 是虚物质。虚物质概念因静止质量为纯虚数而得名。虽然实、虚两类物质能在一定条件下变换身分，即从实物质变到虚物质和从虚物质变到实物质，但却被认为不能通过加速或减速而改变其形态的。
将复数系统的对立统一形式结构相似移植进物质系统，笔者从另一个角度提出了具有纯虚数质量值的纯虚态物质概念。因纯虚态物质和虚物质的质量值都是纯虚数，故纯虚态物质和虚物质义同，鉴于这个原因，本文不加区分地使用这两个概念。
二、纯虚态物质的理解
一提到纯虚态物质，人们立刻就会想到鬼魂，这是不对的。按照辩证法，有实态物质就有纯虚态物质；实态物质有占位性，纯虚态物质没有占位性；但两类物质都是客观的存在。关于纯虚态物质的存在性，笔者已经从暗能量、 斥力、超光速等多个方面加以论证，参见文献[7]。
2.1 重实轻虚
人类习惯于将自己的思维囿于实的、可见的、可测的事物上，而对虚的、不可见的、不可测的物质却很少表现出兴趣。虽然虚物质概念在上个世纪六十年代就已经被引入，但迄今为止，很少人注意、研究它，用它来解决实际问题则更少了。
科学界这种重实轻虚的倾向，造成了物理学对物质的研究总是囿于实的。虽说狭义相对论用纯虚数表示时间，但那只是为了方便，科学并不认为时间是虚的。量子理论的波函数虽说是复的，但对波函数虚部的最新解释却是实的：虚部是看不见的实的平面波。〔12〕
科学重实轻虚的倾向，必然会给自己带来不必要的麻烦。因纯虚态物质概念被搁置一边，实态物质概念就缺少了对立方；没有对立方的物质概念体系是不完备的；用一个不完备的物质概念体系去表达完备的宇宙，必然会碰到难解的问题。
引进纯虚态物质概念是科学发展到一定时代的产物，就像数学引进纯虚数是数学发展到一定的时候的产物一样。没有虚数的数系是不完备的，没有纯虚态物质概念的物质概念体系同样也是不完备的。
2.2 理解方式
如果问什么是实态物质，每一个人都可以指着一样东西告诉你说这就是实态物质；如果问什么是纯虚态物质，则没有人能拿得出来，因为能拿出来的都是实态物质。
那么，该怎样理解纯虚态物质呢？笔者认为理解纯虚态物质的唯一途径是运用对立统一的方法。说得具体一些，就是把实态物质的特性，通过对立，转换成纯虚态物质的特性。例如，离散是实态物质的特性，通过对立对应，可知连续是纯虚态物质的特性。下面我们把实虚两类物质的主要特性作一个对比。
实物质
有大小、有形、离散、可见、可测、
亚光速运动、质量为实数、实在性
纯虚态物质
无大小、无形、连续、不可见、不可测、超光速运动、质量为纯虚数、信息性
2.3 尝试性的解释
在实态物质领域内无法解释的物理现象，是否可以在纯虚态物质领域中得到合理的解释呢？
黄志洵说，当光进入超光速传播时，光总是处于消失态。〔13〕 光会消失，一般人觉得不可思议，但如果他们能站到纯虚态物质的角度去看，理解也就不难了。我们知道实态物质具有可见性，而纯虚态物质是实态物质对立，具有不可见性；光的消失说明光从实态进入了纯虚态，而在再次可见时，又从纯虚态返回到实态。
1935年，Einstein，Podolsky和Rosen合写的论文，简称EPR论文。它用实态物质的定域性否定量子力学的完备性，而N．Bohr则以整体的非定域性捍卫量子力学的完备性，于是，N．Bohr和Einstein开始了旷日持久的辩论。辩论以A．Aspect实验宣告爱因斯坦错了〔14〕而告终。
对于非局域性现象（量子缠结现象）J.Bell这样说过，“缠结的量子系统表现出经典世界所不可能具备的行为，……，经典世界也不可能具备缠结量子系统的行为。” 〔16〕这就是说：“在实物质范围内我们无法解释量子的缠结行为”。这就意味着在实物质之外还存在其它的物质——纯虚态物质，就像实数系之外还有纯虚数一样。
用实虚对立的方法对这场辩论进行分析，不难发现爱因斯坦确实错了。事实上，爱因斯坦认为物质都是实的；实物质只有局域性，没有非局域性。玻尔用对立统一的方法回敬爱因斯坦的攻击，认为物质有局域性必有非局域性。玻尔的思维是对立互补的，我们可以从他的家族族徽太极图上知道这一点；而爱因斯坦思维是实的；所以玻尔的思维比爱因斯坦的更基础，更全面。正因为如此，玻尔能接受相对论，相反，爱因斯坦则不断找量子理论的岔子。这是不是相对论和量子理论不相容的根本原因?
三、数的物质背景
数的形成有直接和间接的背景；直接背景是实际的需要，间接背景则是确有和数相对应的各种不同物质存在。它们是复数系统中各类数产生的真正原因。
自然物的存在是自然数产生的直接背景。有理数源于对自然物的分割，无理数源于对土地的测量。可见，物质具有的可分性是有理数产生的背景，不可分性则是无理数产生的背景。
具有对立性质的物质的存在是正负数出现的原因。如果我们从对立物质的一方抽象出正数，那么，从另一方就可抽象出负数。有了正负数，正物质的数量特性可以用正数来表示，反物质的数量特性可以用负数来表示。例如，在物理学中，正电子的电荷数量用正数表示，负电子的电荷数量则用负数表示。能量、折射率也有正负之分。用正数和负数分别表示对立的双方，这是人类表达方式精确化的一个重要标志。
“在所有的十个阿拉伯数码中，‘ ’也许是最特殊的了。‘ ’是“零”的符号，从量上说，它代表着‘无’，然而它又不是毫无内容。作为一切正数和负数之间的界线，作为能够既不是正又不是负的唯一真正的中性数，零不只是非常确定的数，而且它本身比其它一切被它所限定的数都更重要”。〔16〕‘ ’还是“正”纯虚数和“负”纯虚数之间的界线。可见，‘ ’既实又纯虚；既非实又非纯虚。因‘ ’位于复平面的中间，故也是一切相反数的界限（在复平面中，过原点作一条直线，则在直线上关于原点对称的数就是相反数）。
习惯上，我们用非零数代表有，零代表无；一般物质是有，真空物质是无；因此，非零数的背景是一般物质，而数 的背景则是真空物质。
自然数、有理数和无理数、正数和负数的背景都是实物质；数零的背景是真空，那么，纯虚数的背景是什么呢？
既然实数的背景是实物质，那么由对立统一规律，纯虚数的背景就是纯虚态物质。比较纯虚数和纯虚态物质的特性不难知道这一点。例如，纯虚数无大小，纯虚态物质也无大小；纯虚数无序，纯虚态物质不可见，当然也就无序；纯虚数不能作为度量数，看不见的纯虚态物质当然也不能被测量等等。由此可见，纯虚数的背景应该是纯虚态物质。因复数是实数和纯虚数的线性组合，故实物质和纯虚态物质组合就是复合态物质（将专门撰文讨论复合态物质）。
四、复数系统完备的意义
根据数的物质背景，我们可以建立数和物质的如下对应关系：自然物——自然数，物质的可分性和不可分性——有理数和无理数，正物质——正数，反物质——负数，实物质——实数，纯虚态物质——纯虚数，复合态物质——复数，真空物质——零。
如果把数和物质按照对立统一方式进行划分，则对应关系可写成真空物质——零；实物质——实数，纯虚态物质——纯虚数；正物质——正数，反物质——负数；复合态物质——复数。
自从有了复数，再也没有本质上不同的新种类数产生过，复数系统完备了。
从数学角度看，数的形成过程终止表明复数系统之外已经没有新种类数了，换句话说，复数系统已经其大无外了或者说完备了。完备义指具足，意思是说复数系统已经什么数都具备了。事实上，无论对复数作怎样的数学运算：加与减、乘与除、乘方与开方，结果都是复数，即复数系统对数学运算是封闭的。复数系统的最大性隐含了完备性，完备性也意味着最大性。
一个不是最大的数系是不完备的。例如，对负实数开平方得纯虚数，故实数系统不是最大的。
从物理学角度上看，数的形成过程的终止意味着物质系统中原则上已经没有新种类物质可供人们认识了，或者说所有的物质基本种类都已经认识清楚。那么，物质有多少基本种类呢？由对应关系只需看看数有多少基本种类即可。如果把复数系统按照对立统一的方式进行划分，则由复平面可知，数零位于复平面的正中间，自成一类；两轴上的数是实虚对立的两类；两轴又被零分为正负对立的两类（实际上，经过原点的直线都原点被分为正负两个部分）。至于复数则是实数和纯虚数的线性组合，已经不属于基本类了。从复平面（见图）上看,零；实数、纯虚数；正数、负数；复数六大类数形成一个既对立又统一的复数系统。按照物质和数的对应关系，真空；实态物质、纯虚态物质；正物质、反物质；复合态物质六个大类物质应该形成一个既对立又统一的物质系统。由复数系统是完备的,可知物质系统也应该是完备的。按照复平面,六个大类数可分四个层次, 数零位于复平面正中间，是第一层次；实、虚两轴上的数，可以看成由零直接生出来，因而算作第二层次；实虚两轴又可以分为正负（实际上，在过原点的直线上，关于原点对称的所有数都相差一个符号），因此正负是第二层次的进一步分化，属第三层次；剩下的便是四个象限的复数，它们之间是平等的，应该算作第四层次。仿复数系统四个层次六个大类数的科学解释，我们同样可以给出物质系统四个层次六个大类物质的科学解释：真空是第一层次，或宇宙本原层次；第二层次是实态物质和纯虚态物质，它们可以看成直接从真空物质演化而来；第三层次是正物质和反物质，由实态物质和纯虚态物质进一步分化而得到；第四层次则是随处可见的复合态物质。至此，数带有物质方面的最基本信息找到了，它们是零；实、纯虚；正、负；复。
物质系统的完备性是无法用实验证明的。但由复数系统和物质系统的对应关系和复数系统的完备性可知，物质系统也是完备的。实际上是物质系统的完备性，规定了复数系统的完备性；复数系统的完备性只不过是物质系统完备性在人类意识中的反映而已。
值得注意的是，人类对物质系统基本种类物质认识的终止，并不意味着对物质现象认识的终止，恰恰相反，对现象的认识过程是无限的。这就像人类早已认识了复数系统，但复数系统基础之上的数学仍在不停地发展一样。基本种类是有限的，但基本种类不同数量的有机和无机的自线性和非自线性组织则是无限的。这种组织使得自然界生生不息，变化无穷。这类似于《易经》中的八卦，由两仪阴（– –）和阳（—）两爻的不同排列而成。再把八卦按一定次序相互排列，便有了六十四卦。六十四卦还可以继续排列。显然，这个过程在逻辑上是可以无限的。如果把太极看成是物质系统的根本，那么，两仪就是太极基础上的第一层次现象，八卦是第二层次现象，六十四卦是第三层次现象……等等。同一层次的现象是有限的，而不同层次的现象却是无限的，认识的有限与无限就是这样辨证的。
五、形影的关系
物质系统是具体的，复数系统是抽象的，两者的关系是复数系统是物质系统对立统一的影子，分四个方面论述之。
1. 从系统角度看，物质系统的基本结构是真空；实、纯虚；正、负；复；复数系统的基本结构是零；实、纯虚；正、负；复；两个结构的元素一一对应，且都对立统一。由对应关系，抽象的复数系统可看作具体的物质系统的对立统一影子。
2. 任何一个物体都有空；实、纯虚；正、负五个方面：有形部分为实，信息部分为虚，且正反同时存在（如原子中的正负电荷），而没有空间的物质是不存在的。物质的五个方面恰好同复数系统的五大类数零；实、纯虚；正、负一一对应。这种对应关系使数同时具备量和性的特征，从而把两者统一了。
3. 物质系统和数学之间有各种各样的对应关系。从几何角度看，平坦空间对应欧氏空间，弯曲空间对应黎曼空间。从现象分类角度看，确定性现象有微分方程；随机现象有概率统计；〕从运动角度看，静止意味着常量，运动对应着变量，从一种状态到另一种状态的描述是数学变换等等。更有趣的是杨振宁，米尔斯规范场与陈省身研究的纤维丛，二者间的主要术语竟能一一对应。为此，杨振宁曾感叹地说：“我非常奇怪地发现，规范场说的是纤维丛的联络，而数学家在提出纤维丛上的联络时，并未涉及物理世界”〔17〕。依此类推，自然界有什么现象，数学就有相应的分支。可见，数学和大自然的关系象形和影那样密不可分。
4. 不仅物理学的各个分支都在应用着抽象程度各不相同的数学，而且如果存在这样一个数学领域，它对科学的用途到迄今为止还未被发现，那么它很可能在将来会为科学所用。例如，黎曼空间为后来的广义相对论所用。反过来，有时在物理学研究中发明的一些数学概念，却能发展成为重要的数学领域。如傅里叶级数是傅里叶在研究热力学的过程中提出来的，后来形成了一个重要的数学领域傅里叶级数。数学和物理学的这种关系，有人将它说成是“数理同构”，杨振宁则把它比作是两片“在茎处重叠的叶片。重叠的地方同时是两者之根，二者之源。”〔18〕可见，数、理“同根分立”。
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The Shadow of Unity of Opposites of the Matter System --Complex System
ShiYixiang1, Li Yousong2
(1. Department of mathematics, Zhejiang Ocean University; Zhoushan 316004; 2. Aherbin engineering university; Aherbin 150001, China)
Abstract: The matter system is a synonym of the universe, and the complex system is an outcome of human consciousness, outwardly, two systems have no apparent relation, actually this is not so, the complex system is the shadow of the unity of opposites of matter system. This text uses the method of the unity of opposites, through looking for the material backgrounds of all kinds of numbers in complex system, set up a corresponding relation between all kinds of numbers in complex system and all kinds of matters in matter system: real-state matter-- real number, pure-imaginary-state matter--pure imaginary number, matter, also call positive-state matter--positive number, antimatter, also call negative-state matter, --negative number, vacuum matter, also called zero-state matter, --zero, complex-state matter--complex number. By abstractness of the complex system and concreteness of matter system, we can know two systems have relation of shape and shadow; it has established the theoretical foundation for the birth of the Cosmo-basic model of unity of opposites.
Key words: Matter system, Complex system, Pure-imaginary-state matter, Complex-state matter, Zero-state matter, Relation of form and shadow.
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从宇宙中没有等量反物质谈起（暂停更新中） [复制链接]
huor
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发表于 2009-6-16 16:55:05 |只看该作者 |倒序浏览
本帖最后由 huor 于 2011-4-22 06:51 编辑
这个帖子我什么时候再做正反物质不对称方面的研究时再更新吧
这个问题相对于宇宙学上大家耳熟能详的大爆炸和黑洞来说，比较不那么引人注目。
但是抛开大爆炸和黑洞那些引人入深的概念和引发的人的遐想之外，作为一个物理学上的未解之谜，它的地位并不逊色多少
为什么这个宇宙中都是物质？为什么反物质存在于我们这个宇宙中的形式，仅仅在于高能物理反应中和物质成对出现？为什么没有另一个世界、另一个太阳和地球，当中的一切是由反质子、正电子等等反物质构成的？
我们先不去抠什么物质反物质的定义，先看看为什么我们说，我们的宇宙确实是上面所说的情况。
毫无疑问我们的地球是物质构成的，每天的生活当中，谁也不会担心有朝一日和什么反物质湮灭。
我们的太阳也是物质的。这要稍微借助下天体物理学中的知识。太阳规模巨大的热核反应是我们小小地球的能量来源，它时时刻刻都在把它的一些粒子吹出来，比如质子电子什么的，这就是太阳风。我们地球沐浴在太阳风下，却没有发生明显的正反物质湮灭现象，这就非常肯定的说明太阳是物质构成的，才能把物质粒子而不是反物质吹出来。整个太阳系都是。
再往大里来推，银河系中的像太阳一样的恒星，每一个都在向外吹着自己的太阳风，也都被别的恒星的太阳风吹着。如果有一颗是反物质的话，它的周围就会产生很明显的正反物质湮灭现象。这样的现象是很容易被观测到的，因为这样湮灭的的发光的光谱类型和普通恒星发的光有很大不同。
向上我们可以推广到更大的结构，比如本星系群，本超星系团等等。
实话实说，对于遥远的天体，如果仅仅是凭望远镜——不管是可见光的，红外的还是X射线伽玛射线的——能够看到它的话，我们并不能够直接测量出它是物质构成的还是反物质构成的。假设有一个反物质构成的天体（仅仅把所有的质子换成反质子，电子换成正电子，中子换成反中子），那么它的辐射和物质构成的天体没有任何区别，引力的效应也完全一样。我们并不能够直接观测出来——我们用望远镜直接看到的光子，其产生对于物质和反物质是完全一样的。
但是我们还是有理由相信，目前我们看到的整个宇宙，都是由物质构成的。
因为当代对于宇宙的研究表明，宇宙中的各个星系、星系团的结构，是从早期大爆炸后相当均匀的一片气体里，通过引力的吸积作用逐渐形成的。某一块气体密度由于涨落稍微高了一些，于是这里的质量就大一些，它可以把周围的气体再吸引过来，进一步增大自己的质量。通过这么一个正反馈的机制，这一片气体密度越来越大，尺度越来越小，最终形成了星系团和星系。宇宙学家通过分析其中的具体过程，假定了宇宙不同组分（暗能量、暗物质、可见物质、中微子等等）去模拟宇宙中不同尺度的天体的形成（这往往叫结构形成），得出了宇宙中大部分为暗能量暗物质的结论。
但我们要说的是，这一片气体的初始条件是相当均匀的，这就排除了它是物质反物质的混和物的可能性。均匀的混合是不可能的，因为它们会充分的互相湮灭；也不会是一大块是物质一大块是反物质，因为边界上面的湮灭同样会造成不均匀。
所以我们有充足的理由肯定，在我们目前可以观测的宇宙中，组成天体的成分都是物质。反物质的存在，只是高能物理现象中的成对产生和湮灭。
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等量, 反物质, 等量, 反物质, 宇宙
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发表于 2009-6-16 16:59:15 |只看该作者
什么是反物质
本帖最后由 huor 于 2009-6-27 13:16 编辑
让我们来更加精确的描述下这个问题。大家都知道有反质子，正电子；也许不是每个人都知道对于不带电的中子还有反中子。那么理论上的描述是什么呢？
还得说当年Dirac写出他的相对论性电子方程，克服了负几率的困难，却发现另外的困难——它的波动的解中包含了负能量的部分。问题是这样会导致电子都无限制地跑到这些负能量状态上。于是Dirac说，这些负能量的解在自然界中都已经填满了，由于Pauli不相同原理，不会有其它的了。倒是如果它被激发出来，那么会留下一个正能量但是电荷与电子相反的空穴，这就是正电子。
俺们系的老系主任赵忠尧先生，是历史上第一个发现正电子的物理学家。1930年时他做的伽马射线的吸收的实验，对产生的效应其实就是在原子核附近，高能光子激发出电子正电子对。但是最终诺贝尔物理学奖的殊荣，给了Anderson，他在1932年在宇宙线中明确发现了质量与电子相同，但是电性相反的正电子。
很快人们就把反物质的概念从正电子上推广开来。在后来的量子场论描述中，反物质是一种普遍存在的现象。它是通常的粒子作“荷共轭变换”后得到的粒子（这个通常记作C）。
所谓的“荷共轭变换”C，实际上就是把类似电荷这样的相互作用的“荷”去负号。只要某种粒子有使其参加某种相互作用的荷，那么在自然界中就存在这种荷相反的粒子。比如质子带正电荷，那么有带负电荷的反质子。
为什么中性的中子也有反中子呢？其实中子并不是真正“基本”的粒子，它是由一个上quark和两个下quark组成的。上quark带2/3个基本电荷单位的电，下quark带-1/3个基本电荷单位的电，所以是中性的。但是对于quark来说，它始终是带电荷的（其实还带有强相互作用的荷，左手的还带有弱相互作用的荷等等），所以始终是有其反粒子的。反中子就是由一个反上quark和两个反下quark组成的。
那么接下来的问题是，这些荷都有哪些呢？每一种荷是负责相应的相互作用，我们有电磁相互作用，弱相互作用，强相互作用和引力相互作用。引力还没有纳入到量子场论的描述中来，我们暂时先不用管。那么有电磁相互作用的电荷，弱相互作用的弱荷，和强相互作用的荷。强相互作用在历史上被人起名为量子色动力学，它的荷叫做色荷。这是因为它的荷有三种，每个quark带其中之一。这正好像光学中的三原色一样，而因为所谓的quark禁闭，我们没法看到一个单独的quark，也就没法看到一个单独的荷，看到的都是三种的混合，就像白光是三原色的组合一样。
其实这还不是全部。量子场论中的荷，并不单单是相互作用的荷，更广义的是某种对称性的守恒量。前面说的有电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用，就分别是三种规范对称性对应的相互作用。除此之外理论还能找出其他的对称性，所以还有其他的荷。比如接下来很重要的，重子数和轻子数。这两个对称性看上去是不错的，实际上也差得不多。让我们在后面来仔细论述
那么现在的总结就是，物质和反物质粒子，具有相反的电荷等等相互作用的荷，也具有相反的重子和轻子数。
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发表于 2009-6-16 17:01:07 |只看该作者
因为在宇宙的早期，由于XXXXX过程造成自发对称性破缺，使得正反物质的相互转化速度不同（具体原理每看懂）。
傲慢！懒惰！急躁！赋予我力量吧！！！
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发表于 2009-6-16 17:06:44 |只看该作者
现在导师师兄都不在，日子无聊透顶。就算找点事做吧，希望大家喜欢
不过长篇大论、面面俱到的写下去，对俺是个严峻的考验。不知能不能坚持到底
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发表于 2009-6-16 18:12:06 |只看该作者
现在导师师兄都不在，日子无聊透顶。就算找点事做吧，希望大家喜欢
不过长篇大论、面面俱到的写下去，对俺是个严峻的考验。不知能不能坚持到底
huor 发表于 2009-6-16 17:06
只要能让我等看明白到底怎么破缺的就行
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jinbo888
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发表于 2009-6-16 19:41:07 |只看该作者
同学是清华大学物理系的？
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发表于 2009-6-17 14:55:44 |只看该作者
原来是中国科技大学的，现在么……
对称性自发破缺在宇宙中确实存在，而且在某个阶段很重要，也和正反物质不对称有非常密切的关系。
但是并不是正反物质不对称性的直接来源，并不是顾名思义的，对称性破缺到偏向物质而不是反物质说来这么简单。
当然下面肯定会讲到
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发表于 2009-6-17 16:17:56 |只看该作者
究竟哪些是基本粒子
让我们再多在微观的世界拓展一下我们的认识。
我想大部分童子们应该听说过，其实上面也提到了，质子中子并不是基本粒子，而是由3个quark组成的。上面提到了中子的组成，对于质子则是两个上quark和一个下quark，加起来电荷是1。质子和中子是一大类叫做重子的粒子的最简单的代表，它们的特点是都是由三个quark组成的。此外还有一大类也是由quark组成的粒子，是由一个quark和一个反quark组成的，叫做介子，例子是π介子。重子和介子合起来叫做强子，代表它们是唯一参加强相互作用的粒子。
也许童子们会问，quark和反quark不是会湮灭么，怎么会组成粒子呢？其实采用这样的观点无伤大雅，因为确实介子都是不稳定的，会发生衰变。事实上重子当中也只有质子是稳定的，连单个的中子也会衰变成质子。整个强子大类中只有质子是稳定的。
我们通常接触到的物质，都是原子核里面是质子和中子，原子核外面是电子。大概是物理学界比较看重其中的原子核的部分吧，通常把这样的物质称为重子物质。这是一个只有在研究正反物质不对称的领域才用的说法。
简短截说，其实重子什么的都是quark，那么其他的还有什么基本呢？
另一大类基本的粒子就是以电子为代表的粒子，它们统称为轻子。这仅仅是因为电子比较轻的缘故，其实轻子这一类中也有比较重的，τ轻子的质量其实超过了质子，接近是它的两倍，相比而言电子只有质子质量的1/1836。
一个很显著的特点，就是quark和轻子中存在“代”的现象。所谓的代的区分，是指这些quark和轻子中，重的种类比起轻的种类来说，只有质量上的不同，而其他的性质，比如相互作用的荷，对称性的性质等等，都完全相同。目前公认的，quark和轻子总共有三代，第一代是上、下quark，电子及其中微子；第二代是粲、奇异quark，μ轻子及其中微子；第三代是顶、底quark，τ轻子及其中微子。这就构成了所有基本的费米子。在此的列表中，放在前面的quark所带电荷都是2/3个基本电荷单位，后面的则都是-1/3个基本电荷单位。电子等轻子都是带负的基本电荷单位，中微子则不带电。
非常值得一提的是所谓的中微子。它不是强子所以不参加强相互作用，也不带电所以也不参加电磁相互作用，只参加弱相互作用。弱相互作用在通常条件下是极其微弱的，所以它们与通常物质的反应是极其微弱的，很难以直接被观测到。这也就是Pauli当时在不能直接看见它们的条件下还要预言其存在的原因。它的地位接下来我们还要更多地介绍。
让我们先把粒子谱介绍完。除去这些提到的费米子（所谓的自旋为半整数的，这里就是自旋1/2的）外，还有一大类是玻色子，它们的自旋是整数。玻色子的大类中，已经研究得很清楚的是自旋为1的规范玻色子。所谓规范玻色子，是指其实电磁相互作用，弱相互作用，强相互作用作为规范相互作用，就是通过交换（可以看作从反应的一个粒子处产生然后运动到另一个粒子处被吸收）这些虚的玻色子而发生作用的，即它们是传递这三种相互作用的粒子。电磁相互作用，交换的玻色子就是光子，弱相互作用是W±和Z0，强相互作用则是被称为胶子的玻色子。
最后剩下的就是迄今还没有发现的Higgs玻色子。它的自旋是0，是所谓的标量粒子。这一点的意义是，它没有对时空的方向性的偏好，所以只有它，这种唯一的自旋为0的粒子，可以不需要其他的什么相互作用而处于一个非0的值上。相比较而言，自旋为1的矢量规范玻色子，如果有非0的期望值的话，就在时空中指出了一个方向，这样就破坏了时空的对称性，理论上是不允许的。同样单个的quark和轻子等费米子也不行。这个所谓的真空期望值，赋予了Higgs玻色子特殊的地位。其实这个真空期望值是所有基本粒子质量的起源，在这里我们先不多说，如果用到的话再介绍。
总结一下，真正的基本粒子包括：三代的quark和轻子作为费米子，电磁、弱、强相互作用的规范玻色子和Higgs玻色子，就是所有的基本粒子。世界原来如此简单。
费米子都是有反粒子的，玻色子则没有。至少在目前研究的水平上，都是认为它们是不可再分的。最后扯远点，其实更高级的物理理论，比如弦论，也不认为它们是我们通常意义上的可分的，只是它们有统一的起源而已，至少目前是这样。
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发表于 2009-6-18 15:44:42 |只看该作者
微观世界有哪些基本的对称性？
本帖最后由 huor 于 2009-7-10 11:11 编辑
在这里我们说的是离散的分立的对称性。前面我们已经涉及到了正反物质之间的对称性，荷共轭变换C。除此以外的，实际上还有宇称P和时间反演T。
说起宇称来，童子们应该知道李政道和杨振宁获得诺贝尔奖的工作就是弱相互作用的宇称不守恒。让我们用更精确的语言来描述一下，实际上由宇称联系起来的两个粒子，可以看成一个是在另一个的镜子里的映像。对我们最重要的是与自旋的联系，认为自旋就是粒子在那里转动的认识无伤大雅，那么朝着粒子前进的方向看过去，我们能看出粒子的转动是顺时针的还是逆时针的（由于量子力学的奇异的效应，如果你沿这个前进方向去测量的话，只能得到完全顺时针或完全逆时针或完全此轴上没有转动等等的状态，不能得到部分转动的状态）。那么镜子里的、由宇称联系起来的粒子，它转动的相对方向自然是相反的。
李杨发现的弱相互作用的不对称性，实际上是弱相互作用只与上面所说的那种前进方向上的自旋是左手方向转动的粒子发生。就是说，如果现实世界中的弱相互作用可以与某个粒子反应，那么镜中的粒子就不可以。这里我们用了这个左手的概念，其实并不需要非常明确的定义粒子是怎么转的，只要和右手的区分开就可以了。
前面所说的真正的基本粒子，实际上费米子的quark和轻子都是要进一步分为左手和右手的，左手的参加弱相互作用，右手的则不。
现在就有了这么一个问题，关于中微子的问题。我们看到中微子只可能参与弱相互作用，可是它也可能有右手的，而右手的又不参与弱相互作用。这么一来，右手的中微子实际上完全不参加任何除引力以外的相互作用，所以我们没法直接用相互作用看到它。其实看到参加弱相互作用的中微子就已经很困难了（形象点说，SNO探测器用了1000吨重水在240多天里总共才探测到1169个中微子事例，而每秒钟、每平方厘米的地面上大概就落下600亿个太阳产生的中微子），但是还是可以的，这是原则上不可以。
右手的中微子不参与任何反应，这等于说它不带任何相互作用的荷。对于这样的纯中性的粒子，实际上可以有一种不同的获得质量的机制。前面我们说到了Higgs玻色子，它的真空期望值是所有基本粒子质量的起源（简洁而抽象的解释是quark和轻子的质量实际上需要左手和右手的quark和轻子耦合，而这样的规范对称性只有通过再加上相当于左手的Higgs玻色子才能够得到保证，只有这样构造质量的方式才能满足所有的对称性）。但是对于纯粹中性的右手中微子就可以不这样，通过两个右手粒子的耦合产生质量是允许的。这样的粒子称为Majorana中微子。
我们费了很大的篇幅讨论右手中微子，但是在历史上物理学家采取的是鸵鸟政策 ，因为我看不见，所以我就不承认有这个东西。流传很广的观点是，中微子只有左手的，反中微子只有右手的。这样如果要由左手中微子得到右手反中微子的话，除去荷共轭得反物质外，还要同时进行宇称变换从左手到右手。这就把荷共轭和宇称联系起来，称为CP。CP对于出中微子以外的其它粒子也是可以的，有那么几年人们认为CP在自然界中是没问题的。但是在1964年，Cronin和Fitch在中性K介子振荡中发现其实不是这么回事，为此他们得到了1980年的Noble物理奖。
最后剩下的是时间反演变换T，这可以看成微观的世界里时间倒流。这个和我们的关系不是很密切，就不多说了。
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发表于 2009-6-19 17:16:29 |只看该作者
正反物质是精确对称的吗
本帖最后由 huor 于 2009-6-19 17:24 编辑
作了那么多铺垫之后，现在让我们来给这个问题一个直接的答案：
是，又不是。
所谓是，说的是孤立的物质和反物质，它们的质量精确相等，由守恒量定义的荷精确相反，这些性质上的对称都是绝对的。
所谓不是，是说如果考虑它们的相互作用，那么其相互作用并非是精确的正反物质对称。
其实扯远点，上面我们说的粒子的质量，所带的荷等等物理量，其实并不是一成不变的。我们用了孤立这种不太精确的说法，强调相互作用的影响不予考虑。事实上，通过不同粒子种类的相互作用，粒子的质量和所带的荷都是可以通过一种叫做重整化的机制来修正的。所以并非精确对称的粒子的相互作用，事实上也就诱导了一个对于粒子“静态”性质的不对称的修正。这样从原则上来讲粒子的质量和所带的荷都不是精确对称的。实际上我们并不需要这么深入的讨论。
也许对称的东西好理解，那么为什么会有不对称的相互作用呢？
不对称的根源，其实上面我们已经提到了，是上一贴的CP破坏。那么CP破坏究竟是怎么回事呢？
在这里我们必须要提一下粒子相互作用的量子场论描述。量子场论是现在的物理学家描述微观相互作用的理论。量子场论的相互作用是个完全局域的过程，形式上就要求几个粒子必须凑在4维时空的一个点上，才能发生反应。而反应也非常简单，其几率辐就是几个粒子（的量子力学波函数）乘起来，再乘以一个耦合常数这么简单。在这一个点上，一般都是有新的粒子产生，旧的粒子湮灭。
举个例子。比如最简单的原子氢原子，电子围绕质子转。这其中的电磁相互作用用量子场论来描述，是一个时空点上质子质子和光子耦合，放出一个光子，另一个时空点上电子电子和光子耦合，吸收那个光子，于是光子就传递了电磁作用的力。当然也可以反过来，电子释放质子吸收。这其中我们刚才所提到的耦合常数，就是电荷。实际上这种交换时始终都在进行的，所以电子始终被吸引在质子的周围。而Rutherford的α粒子散射就只能在靠近的那一段时间内才能有效地交换光子。
现在我们关心的是为什么会有CP破坏。其实我们主要用到的还是其中的正反物质之间的对称破坏，即C。它的最终来源，其实是因为耦合常数可以取复值（希望读者都能够明白什么是复数）。
量子场论中的场（或者量子力学中的波函数），都可以是复的，而且最一般的情形应该是复的，至少从数学完备的角度来讲。也正是因为是复的，我们才有了上面提到的电磁等规范相互作用。但是一般我们的物理测量，直接得到的都是实数。这在量子场论上的要求是，理论必须要是厄米的，即形式上取复共轭仍然不变。但是因为场和其复共轭有区别，所以这个厄米性的要求并不能落到每个耦合常数上，而只能是它们的某种组合。如果对于每一个耦合常数都有这个厄米性的要求，就不会有复的耦合常数，也就没有所谓的CP破坏了。
考虑一个粒子反应过程，比如某个粒子衰变，产物可能是粒子反粒子的某种组合，也可能是都取反粒子的相应组合。对于物质的过程耦合常数是某个复数，对于反物质的过程耦合常数是其共轭复数。本来单单考虑这样直接的反应过程，最终得到的产物的几率还是对称的，因为几率正比于复数模的平方，它本身和其复共轭的模平方相等。但是考虑到其实不仅仅是这一个直接的反应，还有些更复杂、涉及中间过程更多的反应，这样会造成不同反应道的量子力学上的干涉。计入这个效应之后，就可以得到产物对于物质或是反物质的一个非常微小的偏向了。
说到底，自然界本身在相互作用的过程中，就不是严格对称的。所以宇宙中正反物质的不对称性，可以直接从这个相互作用的过程得到，而不用求助于初始状态的不对称性。
PS：今天带过了很多。只能说，其实本质上类似于为什么耦合常数应该是复数，而实际上大部分耦合常数实际上是实数之类的问题，物理学家还还不能用非常通俗的语言来讲解。所以我们做和李淼老师一样的假定，读者是天才吧
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希望大家都来提点意见。哪些地方觉得不明白是我写的问题，怎么写能看得更明白，怎么写能更有意思点
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重子数轻子数如何改变
前面我们的讨论可谓是直奔根源，物质和反物质反应中的不对称性。当然还有很多问题没有解决，现在我们来看看这样一个问题：
在所有的反应中，重子数和轻子数是守恒的吗？
也许我们应该再回顾一下，重子数轻子数的概念。前面介绍到，三个quark组成的粒子是重子，它参与强相互作用。这里的三个quark要么都是粒子，这样的话这个重子属于物质；要么都是反粒子，这就是反物质的重子。把这么一个重子的重子数1分到三个quark上，那么每个quark所带重子数就是1/3；反quark则是-1/3。对于另外的介子，每个都是quark和反quark，所以重子数始终为0。轻子则没有这么几个组成一个的问题，直接每个轻子都带1的轻子数，反物质的则是-1。
问题是，我们日常生活，甚至包括已经在高能物理实验中观测到的反应，还没有直接观测到重子数不守恒的反应。童子们都知道衰变β衰变，这里是一个中子衰变成一个质子，当然还有电子以保证电荷守恒，以及电子中微子以保证轻子数守恒。中子和质子重子数都是1。事实上，高中物理的内容，如果要童子们写出一个核反应的方程式的话，不管是热核反应的一步还是衰变，大家都可以查反应物和产物中的质子数和中子数的总和，无一例外的都是相等的，不相等就错了。轻子的也是一样，像上面一样，什么地方出来一个电子，就要有一个反电子中微子。
事实上，真正有条件检验重子数是不是一个真正守恒的物理量的专门设计的高能物理实验，到目前为止也还没有否定重子数守恒的直接结果。最典型最直接的质子衰变实验，因为质子是最轻的重子了，所以它衰变不可能到达重子，这在能量上是不允许的，它只要衰变就必然违背重子数守恒。但是到目前为止，人们用了很多吨物质，周围摆满了探测器，看里面的质子是否衰变，还是没有得到肯定的结果。
那么，如果所有的反应重子数都守恒，那么宇宙总的重子数就不可能有变化。如果初始状态是对称的，即使由CP破坏引入了涉及正反物质的反应速率的不对称性，生成正反物质的组合的速率不同，但还是没有办法产生净的重子数。所以，其实存在重子数轻子数破坏的反应是生成正反物质不对称性的第一个前提。
但是，理论上的研究，还是展示了重子数轻子数不守恒的可能性。重子数轻子数在量子场论中，是由quark构成的矢量流。量子场论中有一种叫做反常的机制，反常是对于任何规范相互作用的，而弱相互作用只作用于左手的粒子，不作用于右手的。这样弱相互作用的反常直接作用于左手粒子的矢量流，可以使得这些对称性在量子的层次上被破坏。这里的细节太技术了，我们也不想涉及。总之由于反常，使得在通常条件下守恒的重子数轻子数在特定高能高温条件下就不守恒了。我们所有做过的实验，则还没达到这样的程度。
符合上述原理的实际上的反应，最典型的是一次产生12个粒子的作用，其中9个是quark，3个是轻子。这个反应重子数和轻子数都改变3。它其实是宇宙早期的弱相互作用的规范场的拓扑性质在热涨落下的改变，学术上叫做sphaleron。在常温下发生的机率极小，但是在宇宙早期的高温环境中，是有充分的速率发生，来产生净的重子轻子数的。
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发表于 2009-6-21 15:22:29 |只看该作者
还差一个条件
本帖最后由 huor 于 2009-6-21 15:24 编辑
除去上面所说的要有重子数不守恒的反应和CP破坏的反应外，要形成正反物质的不对称，最后所差的条件就是宇宙在形成这个不对称时要脱离热平衡。
这个其实相对来说容易理解一些。热平衡的状态，是各个种类，各个运动状态的粒子数达到平衡分布的状态。对于日常生活中，所谓热平衡只有各个运动状态的粒子的粒子数这么一个问题，因为一般没有粒子之间生成其它种类粒子的反应，粒子的种类是固定的。总体来说，在保证粒子数守恒的条件下，越高能量的粒子数量越少，大多数情况下近似是一个指数衰减（精确地说是Bose-Einstein分布、Fermi-Dirac分布），随能量衰减的快慢则取决于体系的温度，温度出现于指数上分式的分母上。
现在我们研究宇宙，其实我们可以反推回宇宙在任意时刻的温度。这样每一种粒子都遵循上面我们所说的温度出现于指数上的分式分母的分布，其实就唯一决定了。考虑某一种粒子的正反粒子，因为其质量相同，所以由质能关系，在可能的运动状态上其能量也相同，这样由上述热平衡决定的其粒子数也相同（其中实际上还有一个正反物质的化学势也相等的问题）。所以宇宙如果各组分始终保持热平衡，那热平衡就已经决定了正反物质的对称。所以要脱离热平衡在这个逻辑下是很显然的。
宇宙脱离热平衡这个要求，其实是唯一看起来算是显然，而又容易实现的要求。因为现在的宇宙，我们的星系，我们的地球，显然是脱离热平衡的。要不然在热运动中，是不会有我们人类、地球和这个世界的。实际上，目前唯一还处在热平衡状态的宇宙成分，是无质量的光子和几乎无质量的中微子。在宇宙演化的历史上，一次次发生的是各种粒子成分从热平衡状态下脱离出来，当然大部分是还处在宇宙很早期的时候。还处在热平衡状态的粒子组分，直译过来叫做热浴（heat bath）。
现在的问题是把脱离热平衡和产生出净的重子数轻子数联系起来，要求其能够同步做到。这其实有两种不同的机制，一种是上一贴说过的，热涨落引起的sphaleron过程，涨落自然就是脱离热平衡；另一种则是已经脱离了热平衡的粒子不稳定发生衰变而产生不对称性。这些还是将来再展开来说吧
那么到这一帖为止，基本的产生正反物质不对称性的三个必要条件实际上都已经介绍了：重子数轻子数不守恒的反应，CP破坏（实际上宇称P也要求破坏，但是这已经在弱相互作用中自然的做到了），脱离热平衡的反应。这三个条件由这一行当的开山鼻祖Sakharov在1967年提出来，并且以他的名字命名。死记硬背记住它都是肯定没错的
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发表于 2009-6-21 18:23:21 |只看该作者
宇宙的最早期是纯能量的。之后宇宙膨胀，温度下降，创生物质。但这个由能量创生物质的过程并不是单向的。而是一个反复的产生粒子反粒子，粒子反粒子又湮没成能量的过程。而粒子和反粒子湮没成能量的速度是不一样的，反粒子湮没的速度要略微快一点（好像只是快10亿分之一），这一点微小的速度差距才产生了今天的正物质宇宙。
楼主现在做的，就是详细解释这点微小的速度差距是怎么来的吧
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发表于 2009-6-21 23:25:57 |只看该作者
让我想起了《CT飞船》
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发表于 2009-6-22 04:31:15 |只看该作者
差不多吧，多谢你把还没说到的物理图象都说出来了
不对称的程度基本上也差不多
不过第一句话有问题。宇宙的最早期是纯辐射的。因为温度远高于所有粒子的质量，所以所有粒子的运动都是极端相对论性的。这只能叫做辐射，不能叫能量
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发表于 2009-6-22 16:47:07 |只看该作者
反应过程的基本图像1——历史规律
本帖最后由 huor 于 2009-6-24 16:24 编辑
前面介绍得比较零碎，索性就接着仓木MM的话把这个过程说的精确点
在宇宙的极早期，大概Planck时间以内，是要用量子引力理论来描述的，现在的理论是无能为力的，这大概对应于10^-44（10的负44次方）秒以前。在这之后，物理学家至少不再是一无所知了。
首先相信大家是不会怀疑那段神奇的时间内，宇宙是极热的。实际上温度的度量是粒子热运动的平均动能。那个时期温度极高，使得热运动的动能远远超出粒子的质量由质能关系决定的静止能量，对于所有粒子都是这样，就是上面说的“温度远高于所有粒子的质量，所以所有粒子的运动都是极端相对论性的”的原因。那么考虑宇宙的中的粒子成分，根据上一帖中提到的Bose-Einstein分布、Fermi-Dirac分布的形式，就可以得到那个时期宇宙中的各种粒子的数目都是几乎相等的。
随着宇宙的膨胀，温度在下降。精确的关系是，时间增大两个量级，温度下降一个量级，宇宙尺度也增加一个量级。到某个时刻，终于某种粒子的质量（还是像上面一样由质能关系换算成能量）作为确定的值开始等于那个时刻的宇宙的温度决定粒子热运动的平均动能了，那么这种粒子就不再是相对论性的，通俗地说，也就是说粒子的动能可以用1/2mv^2来表示了。这是对于这种粒子的一个方面的转变。
这个过程自然是重的粒子非相对论性转变早，越轻的则越晚。一个典型的值是，在大爆炸之后1秒，宇宙的温度以粒子热运动平均动能来度量，大概是1兆电子伏。在这个时期常见的粒子种类中，质量为几个兆电子伏的quark已经是非相对论性的了，大概半个兆电子伏的电子则还是。时至今日，应该只有光子还是相对论性的，因为它是绝对无质量的（胶子虽然无质量但被禁闭了），大爆炸剩下来的光子就形成了也许童子们听说过的宇宙微波背景辐射。因为中微子的质量级别未知，所以它的情况还不是很清楚。顺便说一句，今天的2.73K的微波背景辐射的温度，就对应于刚提到的大爆炸之后1秒时大概是1兆电子伏的温度，也对应于极早期更高、高得大家都没什么概念的温度。
一个更有用宇宙早期粒子组分变化，是相互作用的“退耦”与否。当然宇宙早期，粒子平均能量极高，密度也极高，所以发生相互作用的速度极高。另一方面，确实存在着时间太短的问题，比如我们考虑的动辄都是宇宙最初10^-30秒之内的粒子的反应，可能会有童子担心这么短时间来不及充分发生反应的问题。所幸一般的分析表明，对于所有种类的粒子，前面提到的大平均能量和密度引起的反应速率增大是主导的，所以都发生了充分的反应。实际上，越到宇宙早期，反应速率量级上的增大超过了反应时间量级上的减小。也正是因为这个道理，实际上过了宇宙的早期，不考虑后来形成了恒星等等之后，对于一个粒子来说，实际上就不会再发生和其他粒子的碰撞的反应。如果一个种类的粒子，随着宇宙膨胀粒子密度降低反应速率减小，从某个时刻起，其期望的相互作用次数降到1，那么实际上它与其他的粒子组分就不能再充分的相互作用。充分的相互作用是耦合，那么现在就是退出耦合，就是退耦了。
一般我们都考虑的所有粒子都与之耦合的公共成分，就是上一帖提到的heat bath。事实上今天几乎所有的粒子都退耦了。
还处于耦合中的粒子，能充分的相互作用也就等于处于热平衡中，其粒子数大体上就是由Bose-Einstein分布（对玻色子）、Fermi-Dirac分布（对费米子）给出的。耦合得越好，与标准的分布的偏差越小。脱耦之后就不再受此约束，重的粒子在没有什么守恒定律约束的情况下，可以发生衰变到轻的粒子，同时释放出能量。释放出来的能量实际上加热了heat bath，也就同时加热了其他还没有脱耦的成分。
今天就写这么多吧，属于介绍历史规律。真正的历史交给明天
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发表于 2009-6-24 09:48:39 |只看该作者
这世界既然存在，就不能有太多反物质，或者说正是没有太多反物质，这世界才存在。这是个哲学命题。
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发表于 2009-6-24 13:11:25 |只看该作者
本帖最后由 深度潜航 于 2009-6-24 13:14 编辑
原本打算回复LZ，说说自己的想法，可是看了LZ写的内容，忽然不敢说话了。LZ系专业人士啊！偶不敢关公面前卖弄了。继《时间简史》《果壳中的宇宙》后，来此继续学习 :-)
帮LZ顶一下
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发表于 2009-6-24 14:35:10 |只看该作者
谢谢大家的支持。
其实我学这个方向的时间也不是很久，才刚几个月。很多东西都只是才知道皮毛，有的好多天连皮毛也没看懂。正儿八经的论文还差十万八千里呢
大家尽管来交流，别有什么顾虑。
18楼的哲学问题。其实呢，现代物理学中也有这个逻辑，叫做人择原理。就是我们的宇宙之所以是这样，是因为不是这样，就没有办法演化出问这个问题的我们人类等智慧生物。
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发表于 2009-6-24 16:24:11 |只看该作者
反应过程的基本图像2——暴胀和初始条件
从Planck时间10^-44秒出来以后，到大约10^-35秒（可能还要早几个数量级）左右，温度在10^15GeV（GeV是10^3MeV，即上帖说的10^3兆电子伏）以上。这一段时间是所谓的大统一时期。大统一即是指强、弱、电磁三种相互作用统一成一种共同的相互作用。其实按照现在流行的看法，这个大统一应该是超对称的大统一，即不仅仅有三种相互作用的统一，还有玻色子和费米子的对称性。按现在的理解，物理学在那个时期反而是非常简洁优美的。
我们关心的是粒子组分。那个时候至少会有大统一理论中预言的各种粒子，还有其超对称伴随粒子。粒子种类的具体数字依赖于人们构造的各种模型，不过应该是成百上千的，也许更多。很多粒子都是有着奇怪性质的，比如磁单极子。到10^-35秒左右，大统一开始破缺（这个地方的破缺就是我们前面7楼提到的对称性自发破缺），强相互作用分离出来。因为原来大统一理论中的很多种粒子质量都应该是大统一实现的能量级别的，所以再往后根据我们上一帖所讲的机制，它们就开始向非相对论性转变。而且它们的相互作用几率其实也是和大统一实现的能量级别有关，到后来相互作用变弱，也就从heat bath中退耦出来。然后它们大多数可以衰变到更轻的粒子，但也有稳定的，比如磁单极子。
如果这个过程的痕迹能保持到今天的话，那将是物理学家的一笔财富。很可惜它并没有保持到现在。或许物理学家反而应该庆幸，因为没有保持到现在实际上避免了很多头痛的问题。这个机制就是暴胀。
也许很多童子们都听说过这个暴胀（inflation）。是在宇宙早期一段时间内，宇宙的膨胀越来越快，实际是以指数的形式加速的。暴胀究竟发生在哪一段时间还是未解之谜，其实很有可能它就是刚讲到的大统一破缺的结果，这样的话它其实是和大统一破缺同步的；当然也有可能是比较靠后的，比如10^-15秒左右。其实暴胀的这一段和今天宇宙的暗能量问题，它所驱动的加速膨胀形式一模一样，只不过是在宇宙极早期发生的罢了。它可以解释宇宙的均匀性、平坦性、结构起源等等疑难，这个可以找到相关的科普，在这里就不多介绍了。
要说的是，驱动暴胀的一般认为是一种标量粒子，就像前面所说的Higgs玻色子一样。在暴胀期间可以认为它的密度是常数，不随时间变化的；而其他粒子种类，是被指数膨胀稀释的（等效的直接解释是，我们今天的整个可见宇宙是从指数小的那么大的区域内膨胀产生出来的，那么小的区域内粒子就很少）。所以到最后宇宙中只剩下这种标量粒子，其他的都被稀释得极其极其稀少了。比如上面提到的磁单极子，原来的估计是没有暴胀的话，磁单极子的密度到了我们应该发现的水平。但是考虑暴胀的影响，磁单极子被稀释了大约e^50倍，所以还没有发现。
和磁单极子这些只有在大统一条件下才能产生的粒子不同，现在我们了解得比较多的粒子，也包括了我们还不了解的暗物质粒子，可以肯定的是它们都可以从暴胀后的那种标量粒子的衰变的过程中被产生出来。这些粒子其实在前面的大统一破缺之后也有，不过那一段时间保留到我们今天的那些，都由上面的指数稀释作用，稀释得少得可以忽略不计了。
在这里介绍暴胀，其实的目的是想说：暴胀可以看成是实际上宇宙中粒子组分演化的开始。因为在那之前的东西都被指数膨胀稀释掉了。这实际上确定了各个粒子组分演化的初始条件。当然这个初始条件还要看暴胀的标量场是怎么衰变的，衰变道分支比各是多少，才能决定初级产物。然后初级产物再发生相互作用产生其他种类的粒子，其他种类粒子再发生相互作用产生再其他种类的粒子，这个链条不断进行下去，才能最终又产生出所有种类的粒子来，而且达到其热平衡状态的分布。这才把暴胀之后一切“恢复正常”。
回归主要问题。就笔者目前的知识水平来看，至少在暴胀的标量场直接衰变的这一步来说，是没有正反物质的不对称性的。不对称性的来源，考虑不同的理论模型，在此链条中可能有不同位置的出处，这都是下面要讨论的，但是都不会是第一步。就是说，不仅仅是原则上宇宙的初始条件是对称的，实际上物理学可以论证宇宙一直演化到暴胀时期也还是正反物质对称的，不对称性来自于后面的演化。
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发表于 2009-6-24 18:10:30 |只看该作者
20# huor
人择原理其实就是典型的鸵鸟政策，用结果来解释原因
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发表于 2009-6-26 16:02:43 |只看该作者
有同学给我指出，上面的论述中的，有一些在物理学界还存在一定的争议。
比如同学说到的CP破坏，他以及其他一些物理学工作者认为尚不能明确肯定存在。但是俺不是这么认为
快达到我认识的尽头了，同时俗事开始增多，师兄导师的也要我做点严肃的研究了。更新放慢请谅解
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发表于 2009-6-26 19:21:03 |只看该作者
科普写的很好，忍不住专门注册帐号来顶：）
btw：错别字也忒多了点吧，负几率变成了复几率
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发表于 2009-6-26 20:49:28 |只看该作者
主要内容来自时间简史那本书啊……
傲慢！懒惰！急躁！赋予我力量吧！！！
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发表于 2009-6-28 15:06:20 |只看该作者
越来越发现后面的东西我自己还没有彻底的理出一个完整的头绪来，恐怕有点难产，见谅啊
还得加紧看论文啊
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发表于 2009-7-1 17:57:45 |只看该作者
大爆炸剩下来的光子就形成了也许童子们听说过的宇宙微波背景辐射。因为中微子的质量级别未知，所以它的情况还不是很清楚。顺便说一句，今天的2.73K的微波背景辐射的温度，就对应于刚提到的大爆炸之后1秒时大概是1兆电子伏的温度，也对应于极早期更高、高得大家都没什么概念的温度。
huor 发表于 2009-6-22 16:47
关于微波背景辐射，我以前看到的解释跟你这个不同
我以前看到的说法是：在大爆炸后30多万年（接近40万年），宇宙温度降到了几千K。这个时候原子核开始俘获电子（在这之前电子是自由的，是离子态），而微波背景辐射正是原子核俘获电子发出的光
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发表于 2009-7-3 06:02:28 |只看该作者
这个微波背景辐射的产生确实和原子核俘获电子相联系的，但是“微波背景辐射正是原子核俘获电子发出的光”是有问题的。微波背景辐射的光子本身在原子核俘获电子之前也一直存在，并不能理解成那个过程才第一次发出了光子。
实际上在那段时期，最初大爆炸或暴胀后产生出来的还没脱耦的粒子组分也就只剩下了：光子、电子、原子核。这其中光子是一直存在的。原子核中含有质子中子，大概1/4的重子是作为氦核存在，这是宇宙最初3分钟原初核合成所形成的，其他的就是质子。而微波背景辐射的产生时间大概是30万年。
大概30万年左右的时期，发生的事是最终宇宙中绝大多数光子不再与电子发生散射（光子的相互作用次数的期望值减为0），剩下来的光子才能叫微波背景辐射。如果光子还要发生相互作用的话，对象应该是电子，因为散射截面大。光子如果还能和电子发生散射的话，那么电子也没法和原子核结合成原子。所以光子脱耦和电子和原子核结合成原子的过程是相联系的。在时间上，学术方面细致的定义会给出那么一点点先后来，结合成原子稍早一些，光子退耦稍晚；但实际上也广泛采用同时的说法。
最后一个问题是，光子在原子核和电子结合之前就有，那么这个结合的过程是否也会贡献出光子呢？这个问题其实意义不大，因为很明确的是过程即使发出光子，数量也太少。目前我们很明确的观测到，宇宙中重子和光子的数量比值大概是6*10^-10，就是说在那个时期原子核或电子相对于光子的数量比差不多也是这个级别。每一个原子核和电子结合时，能够发出的光子都是以个位数来记的，所以比起那个时候的一直剩下来的光子数来实在是太少了。
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发表于 2009-7-5 05:40:10 |只看该作者
创世纪吧，用重子还是用轻子？
按原定计划是应该写“反应过程的基本图像3”等等的，但是这个完整的历史写得周全很不容易，所以这里先跳过了
其实从上面两个帖子的论述中，童子们应该可以看出来。我们关心的正反物质不对称的起源，在时间上就发生在两个帖子描述的那两段时间之间。在暴胀结束之后，宇宙还是正反物质对称的；到了形成微波背景辐射的的阶段，就只剩下（正）物质了。
其实我们还能够进一步的限定这个正反物质不对称产生的时间段。微波背景辐射大概形成于宇宙年龄30万年，这相比前面讨论的过程来说已经非常非常晚了。实际上，这个下限可以大大的往前推。考虑宇宙年龄大约3分钟的时间段（叫做原初核合成），这个时候第一批除去氢之外的原子核开始形成。在这个时候，物理学家也就认为，正反物质的不对称已经产生了，即原初核合成只是对于物质粒子。其实是因为在纯物质的条件下，按照现在的理论来计算，所得的结果和现在的宇宙学观测吻合得很好，加入反物质必然破坏这种吻合。
其实还有更深层的原理。正反物质不对称不可能是低能物理的现象，只可能发生在高能物理过程中。宇宙中越晚的时刻，高能物理现象就发生得越少，所以正反物质不对称起源一般来说，应该尽量往前推。当然限制是暴胀。
其实目前学术界还没有公认的正反物质不对称产生的确切机制，这也是笔者犹豫，觉得写下去不容易的一个原因。不过主流的是两种假说，分别叫做baryogenesis和leptogenesis。
它们的意思其实可以从字面来理解，分别是baryon-genesis和lepton-genesis，在组成词的时候都把前面一个词最后的n去掉了。baryon和lepton分别就是重子和轻子的意思，那么顾名思义，就是正反物质不对称性分别来自于重子和轻子。后面的genesis可以指圣经的《创世纪》那一章，当然也可以翻译成起源。笔者倒是觉得翻译成创世纪更有意思一些。要不是有这两个genesis的话（当然目前还只是假说），这个宇宙正反物质一样多，只能湮灭成一片光，万物也都无从谈起（这样的话相当于上帝只做了第一天的工作）。所以其意义不下于圣经的创世纪。
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发表于 2009-7-10 12:50:15 |只看该作者
马上回家了，家里上不了网交不了差。出发之前争取多写点
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发表于 2009-7-10 12:51:08 |只看该作者
重子创世纪1——CP破坏源头和拓扑
本帖最后由 huor 于 2009-7-10 12:57 编辑
先介绍重子创世纪，是因为在物理学史上这是先被研究的情况。这在思路上比较直接。因为观测到的正反物质的不对称很明显的表现在重子数上，就是质子重子这些。而在轻子的部分，因为我们到现在也不能有效的直接观测到从大爆炸残留下来的heat bath中的中微子，它对于今天的技术来说太难以探测了，所以不能直接根据实验数据说轻子的正反不对称性有多大。要是heat bath中探测不到的中微子明显偏向于反中微子呢？虽然理论上不是这样，但是直接观测上没法这么说。研究明确观测到的重子的比较直接，虽然我们下面看到，重子和轻子的正反不对称形式可以转化的。
创世纪的第一步还是先要找到CP破坏的源头。这在重子创世纪中是因为实际上直接存在破坏CP对称性的基本相互作用。事实上，C、P、T这些基本的分立对称变换，如果让它们来变换某个相互作用的话，往往可以给出±1的系数。如果所有相互作用都给出+1的系数，那么整套相互作用在这些分立变换下不变，我们也就说物理理论具有这样的分立对称性。
在这里说的重子创世纪中的CP破坏的源头，用数学的形式写出来，主要的部分是两个（前面提到的三种）规范场的场强张量乘在一起然后用全反对称张量来收缩，将CP变换结合在一起按照指定的法则，这样的项可以得到-1，就破坏了CP对称性。实际上，这种相互作用是非常特别的（当然其实我们也没有写出其它的不那么特别的相互作用，大家看不出来也难怪）。这里我们必须求助于一些数学上的拓扑和微分几何方面的知识。这样的相互作用，如果在作用量当中积分完成后，只能取离散值，经过合式的归一化后始终可以给出整数，实际上我们也正是这么做的。
这是一个很神奇的性质。想想无论宇宙当中物质怎么分布，相应决定的各种规范场的场强怎么分布，这样的一个积分总是整数。这是由数学上微分流形上的微分“形式”场的积分可以化为拓扑上的上同调的性质给出的，我们的大数学家陈省身对此居功至伟，这样的微分“形式”就叫做陈类。回到正体，这就是说，这样的相互作用可以称为是离散的。用物理上更精确的语言来说，这是非微扰（对于微小扰动的一种数学逐阶展开近似计算的方法）的相互作用。明白量子场论Feynman图的童子们，可以把微扰的相互作用转化成Feynman图来计算；但是对这个不行。
上面说的是三种规范相互作用，因为它们都可以破坏CP，也都是非微扰的。但是我们还要考虑要产生重子的确切要求。我们前面提到了重子数的改变是通过弱相互作用，左右不对称加上反常的机制。所以实际上用的相互作用也就是弱相互作用，弱相互作用作为规范理论的场强构成的上述特别的相互作用形式。
最后实际上有效的相互作用是由这种CP破坏的弱相互作用场强乘积的若干个组合，可以转化成前面所说的一次产生12个（物质）粒子，9个quark和3个轻子的有效的相互作用。
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发表于 2009-7-10 15:08:45 |只看该作者
重子创世纪2——对称性自发破缺和真空相变
本帖最后由 huor 于 2009-7-10 15:10 编辑
有了上面的相互作用，那么它们发生在什么场合下呢？前面我们提到了个名词叫sphaleron，那么它是什么东西呢。
英语当中的spha-这个词根，大概可以翻译成球孢之类的东西，有一种球对称生长的意义在里面。它非常形象地描述了这个重子创世纪的发生的图像。其实完全可以把它看成是沸腾的水中产生气泡然后迅速长大的沸腾过程，这个“气相”产生于“液相”中的泡泡长大的过程，发生在宇宙的早期就是sphaleron。所不同的是这里的两个相自然不是水的液相和气相，而是真空的相。说的不那么玄乎一点，就是Higgs标量场的相。
这当中涉及了为什么Higgs标量场会有相变，这和对称性的自发破缺有关。在前面我们也说了这是密切相关的，在这里值得用一篇的篇幅来介绍。
前面我们也说到了，Higgs玻色子目前比较流行的高能物理理论中唯一的标量场，可以有非0的真空期望值。这个真空期望值的取值结合具体的理论，就给出了真空的能量。
可能这个问题会吸引比较多的关注：真空究竟是什么？当然在日常的意义上，是一无所有，连空气都被抽干了。但是其实又不是一无所有。有一个有趣的叫做Casmir的效应
http://zh.wikipedia.org/w/index. ... 9&variant=zh-cn
只能用真空不空，其中还存在着量子场的振荡这样的观点来解释。所以我们相信量子场论的定义，真空是量子场的基态，虽然仍然有振荡。打个通常的比方，这就像是在地球表面找最低点一样，如果四周都比它高，那么这点就是真空。而振荡可以看成是往上爬的尝试。其实这样的类比是很准确的，这里的地理坐标相当于Higgs标量场的取值。更重要的一点，这个图像表明了这个所谓的真空只是个局域的概念，一块区域的最低点并不是全球的最低点。整体上完全可以有更低的位置，按海拔来算，湖底低不过玛丽亚娜海沟，可也可以是真空。
那么接下来是，真空有没有能量，有的话能量究竟是多少？现在的量子场论中的回答是，对于一个确定的理论——主要指相互作用的形式和强度——来说（这就相当于把全球地形都确定了），是全球的最低点能量为0，比它高的都有能量，正比于势能差。如果去翻英文的文献，即使它不用地形这样的类比，确实说的是Higgs标量场，那整体上的最低点整体上的这个词依然是global。
到现在为止也还没有什么问题，但是把它结合到宇宙早期Higgs标量场在不同时期的演化就有问题了。量子场论中的重整化现象（这里没有篇幅展开来介绍），会造成这个理论在不同的能量标度下的相互作用的强度的也是不同，相互作用的耦合常数并不是常数，而是随着能量在跑动的。宇宙早期是个降温的过程，就是说相互作用的平均能量在逐渐下降，所以耦合常数也会随着这个下降的平均能量而跑动。这就造成了理论并不是一成不变的，继续拿我们的地球开涮的话，就是地壳运动、风化之类的，使各个地方的高度随时间在改变。而Higgs标量场的取值只能是连续变化的。所以完全有可能Higgs标量场所在的位置并不是当时的真空。
事实上，所发生的Higgs标量场的势能最低点的位形，根据量子场论是越来越多的，比如下面这个图
左面的是较早的时刻，真空就在中心。右边的话，最低点已不在中心，要选一个，这样Higgs标量场的取值在对称的两个（或很多很多个）之间取其一，就是对称性自发破缺。就像印度洋里的一块石头睡了几千万年，一睁眼发现已经在珠穆朗玛峰的最顶上，呆不住要往下滚啊，滚那边呢，中国还是印度（应该是尼泊尔，不过可能大家喜欢这样的说法）？要挑一个，这就破缺了。
其实真正滚起来就是很快的了，只是在前面的亚稳定状态上要呆很长时间。亚稳态能呆一段时间的话也是真空，不过不是能量最低的。这可以算是真空的一个相，亚稳相。这个真的滚下来的过程首先是靠了量子隧穿，这可以看成是使其偏离的扰动。滚下来的过程是从真空的亚稳相到稳定相，就是相变的过程。这也就是我们所说的sphaleron中的相变。
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发表于 2009-7-11 19:29:17 |只看该作者
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其实２００８年诺贝尔物理学奖就是授予这方面的工作啊。
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发表于 2009-8-10 16:38:30 |只看该作者
假期在家里难得爬上来一次
去年诺贝尔奖得主南部，得奖的工作确实是对称性的自发破却。应该回32楼
南部其实是我们系的得奖的时候上量子色动力学的老师停了课，领我们去参加新闻发布会，所以我大概是中国人中第一个见到的。手机照了很多照片，可惜没有数据线都没传到电脑里。后来也和我们照过合影，到现在也没发到手上。
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发表于 2009-8-10 23:31:02 |只看该作者
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jemmun
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发表于 2009-8-13 18:06:12 |只看该作者
暗物质，很标准化的概念，可能我们的物理进入了瓶颈，现在在量化的科学种总会出现一个标准，这样做都我们现阶段的研究是否还有意义？
世界真的是圆的！
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yj060464
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发表于 2009-9-21 06:32:01 |只看该作者
楼主多久没更新了，，虽然看不太懂 ，还是要支持！！
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huor
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发表于 2009-9-22 14:04:21 |只看该作者
不好意思，回家两个月变懒了，心情也没那时那么好
争取每周更新吧，可能也没几篇了
从宇宙中没有等量反物质谈起（暂停更新中） [复制链接]
xinzhoujie
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发表于 2011-4-22 13:46:58 |只看该作者
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发表于 2011-4-30 11:12:29 |只看该作者
回复 8# huor
自旋怎么测定的？
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周1992
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发表于 2011-4-30 11:14:38 |只看该作者
回复 8# huor
对于非0的值什么的，能详细解释下么？谢谢
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发表于 2011-4-30 14:00:44 |只看该作者
本帖最后由 huor 于 2011-4-30 14:02 编辑
回复 44# 周1992
历史上最早的自旋测定是斯特恩（Stern）-盖拉赫（Gerlach）实验，测定了电子的自旋是1/2
http://baike.baidu.com/view/2949531.html?fromTaglist
用类似的方法可以测定很多种粒子的自旋。
再后来的多种多样的粒子的自旋很多是在粒子反应过程中，通过已知的粒子的自旋推出来的，因为反应前后自旋要守恒。而且自旋会影响粒子散射的出射粒子的角分布，也能够从这个角度看出来。
所有粒子的自旋都有理论预言，像Higgs玻色子，理论预言就是自旋为0（是唯一自旋为0的基本粒子），虽然现在还没法实验直接观测。
自旋没有大众好理解的物理图像。硬要解释的话，我觉得还是得找狄拉克Dirac。相对论要求时空一体是4维的，4维时空的矢量比3维空间的多了一个时间分量。自旋为1/2的粒子就是要有两个这样的东西组合在一起，才能像通常的3维矢量在3维空间中转动一样，在4维时空中转动。自旋为1的粒子就可以自己作为4维矢量转动，自旋1/2的每一个就只能“分一半”的转动了
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发表于 2011-5-1 17:10:39 |只看该作者
差不多吧，多谢你把还没说到的物理图象都说出来了
不对称的程度基本上也差不多
不过第一句话有问题。宇宙 ...
huor 发表于 2009-6-22 04:31
你好，请问“早期宇宙叫辐射不能叫能量”这样的知识，在哪里可以找到，是书本上的还是老师口头传授的？或者是自己理解的?
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huor
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发表于 2011-5-2 03:52:49 |只看该作者
回复 46# inssuc
这个任何一本宇宙学的教科书上都会有，推荐俞允强的《物理宇宙学讲义》
http://lt.cjdby.net/thread-632998-2-1.html
######################################
八卦相错和负反物质呈现虚存在态的原因
(2009-06-07 15:39:52)
大宇宙本质上是具有超对称的本无之无，类似泰勒展开式，其可展开成无穷多层次，每一层次对应一“个别某物之无”，同时也各具八卦五行信息属性（实可全数幻演），而无穷多层的八卦相错（在频域则对应频谱混叠，每一基本宫位对应一独立成分）则对应万事万物的生化过程。也就是说万事万物本质上还是无,或者说都是无的某种存在形式，因为多层八卦相错而为假有，有与无在这种意义上完全统一。基于如上思想，可以解释一切实物虚灵物的存在，它们都具备质量、动量和能量三大基本属性，这恰好对应太极泰勒展开式的前三项，这前三项的交错作用，可以构成万事万物存在的基底。进一步拓展，还要加上信息这一物理量的作用，构成四维，如在正物质世界以洛书信息作为基底，在负物质世界以河图信息作为基底，在其它并行世界中还可以其它信息分布作为基底,稳定性程度可能会有差别,河图,洛书是最稳定的能量数码排布形式(可从河洛与黄金分割的关系上得到另一证据)。基于八卦相错的模式，可以解决负反物质的隐形或者说暗物质问题，比如据说锻炼中玄关设窍后本身妙用无穷，并不是一个简单的开天目透视的问题.在八卦门的说法里说：杜门无事好逃藏.就是说要是在该门上人看不见你，所以玄关设窍若知道某些关窍就可以隐形，换句话说玄关设窍就可以具备研究隐形的条件，而剩下问题就是把杜门调过来，把全身玄关各窍杜门同时向外，人就看不见了，当然这涉及到周身太极也即所有三旋基元基本状态的调控。而以负反物质为主体的所谓“神鬼”的存在，为什么体现为常人看不到的暗物质状态（暗物质之谜实际也与此有关），而玄关设窍后具有“鬼眼”的人却能够看到，这主要是因为锻炼后改机换盘造成的（实际上相关于临界区和速度效应，若观察者在其临界区之外，由于其体现完全的波动性，则隐而不可见，若在临界区之内则可见，若临界区相贯，则可能时可见时不可见），与该人玄关设窍后八卦相错的状态直接相关,即相关窍要处生门对着泥丸宫(由于八卦盘旋转,所以生门的位置不稳定,所以这种状态体现为时灵时不灵)。实际上，负反物质在正物质世界的基本存在状态为隐形的虚存在态，从八门遁藏的基本原理上去分析有可能找到比较合理的解释，这对于暗物质和暗能量的研究也是具有相当的启发价值和意义的。八门位置的调控与太极八卦盘的定态旋转有关,实际上相关于其整体的稳恒速度效应,对应其所在四维时空的整体位错,磁体的排列形成隐形或者费城实验的电磁场控制实现隐形都与八卦相错对应的位错情况密切相关,这样除了正物质和负反物质两种不同物质之外,更有同一基本物质存在的不同空间存在状态,其中负反物质在正物质世界为虚存在态,隐形后正物质转为虚存在态,波动性和粒子性反转（实与临界区之间的互相关系有关）.在相对论动量能量公式中其运动部分可以看成虚部,而静止能量部分看成实部,如西门独醉的观点,这不是偶然的,一方面是由于动静互根的原理限定所导致,另一方面是由于运动对应的速度效应可以改变八卦位错状态,相对论神奇时空效应包括所谓的"哈奇森效应"都与这个位错的状态密切相关,同时这个速度效应本质上对应正负物质的相互绕旋速度（绕旋速度直接决定临界区的大小）,也与物质波频率有关.一个直接的证据是能量越高的电磁波容易呈现粒子性——越来越不隐形——对应物质波频率高，越来越实,而能量低的电磁波容易呈现波动性——类似虚存在——对应物质波频率低。负质量物质在正物质世界多属于"虚"的体现为暗物质状态:弥散气态或类似结晶水一样固化于实物结构之中.由于光子是零子的一种,负物质之气只有在与正物质之气合炁后脉动发光才容易被探测到.而进一步只有在整体上能入零,才可能凝成从低等的生命到高级的各种各样的生命形象,其生命的物质密度和空间弥漫状态可千差万别.负反物质在正物质世界中同时存在凝聚态和弥散态,不过其凝聚态只作为组成部分类似结晶水一样固化正物质世界物质实结构中,其弥散态则由于正物质世界的排斥作用,使得其临界区内外环大大压缩或扩张，使得在于人类临界区之外而呈现不可见的“虚”存在态（内环之“内”或外环之“外”），同时呈现高度弥散性和波动特征并在大尺度空间上分布相对均匀,不论哪一种存在态,由于正物质实结构和背景场的约束作用,其都具右旋进性而呈现虚存在态,其弥散态的质量数值都等同于宇宙中所有实物净的正质量数值.负反物质隐形但不隐质,因此构成实物结构中的"空缺"组分,并提供斥力来源,空间中弥散的负反物质当密度增大到一定程度时,也会呈现明显的物理场效应,种种所谓"神鬼"的非信息作用多由此产生.纯正负质量物质属于“冷”暗物质，具有负能量，只有经过活化后变成负反物质才呈现巨大的正能量，其间旋进性要发生逆转。其活化过程类似固态的土地变成微尘一样。万事万物的存在都是无穷维度存在的“投影”，一方面其展开了部分信息，另一方面因为投影而折叠或“失去”了部分信息，而实际上“投影”的运算过程已经使得其与大全信息发生了联系，故“虽离（道）而不离”。
现今物理学研究，基本围绕质量、动量、能量和信息几个核心概念展开，通过仔细思索，我们发现：在数学上通过一个公式可以将这几个概念有机统一在一起，这就是著名的泰勒展开式。假定把任何某一物存看成一个函数F，则其泰勒展开可以写成：F = (1/0!)*m+1/(1!)*m*v+1/(2!)*m*v*v+1/(3!)*m*v*v*v+…，很明显，上述各式中各个分量在系数、指数和形式上都与物理学中的相关定义完全相符，其中第一项对应静止质量、第二项对应物质机械运动的量、第三项对应物质能量。更重要的是，在前三项后边还有无穷多项，现代科学中虽然尚未给出明确定义，但根据一般数学研究，它们必定存在着不容忽视的物理作用，同时也蕴含有极为丰富的信息，为便于研究和交流，我们把这些项统称为“信息”。因此，信息是不同于质量、物质、能量的特殊物理量，有着其严格的物理数学内涵。若将速度看成Z变换中的复数Z,对应特定系统存在的速度变化区间，而将m及其系数对应各阶物理量所存在的量——投影到各速度阶次上所形成的离散序列——对应通常所谓的离散时间信号，则可以基于Z变换性质对该公式所代表的万事万物状态进行研究。首先，现实存在的不同的物体对应不同Z变换形式，但需要说明的是即使具有相同Z变换形式，如果具有不同速度收敛区间，其对应的物体和系统也会不同，如人体及其附相空间神煞的存在就是如此，形状相同或相似，但速度虚实和变化区间不同——万事万物都存在其伴生物质也是由此而发，即各伴生物质Z变换系统函数的形式一致，但对应速度收敛区间不同。同样在同一复数速度区间内可以存在无穷无尽各种不同形式的收敛的Z变换函数，恰应人类生活速度区间内万事万物琳琅满目的存在。另外，单位圆上的Z变换相应于光速极限（以v/C在[0，1]区间内体现），其恰好对应傅立叶变换，形成激波——相应于临界区的存在。对于特定速度空间内存在的系统其收敛域在某一圆的内部、外部或双边环状区域。万事万物都存在无穷阶次物理量，各阶物理量的配比决定了该系统的收敛区间和形式，用到人体锻炼上来说，如果通过心法的调整改变了这种配比并使得其在当前人类所对应速度区间发散的话，就会发生问题，这为基于Z变换原理设计安全合理的锻炼方法提供了启迪。易象对应系统函数形式的微小变化，意象类似孙悟空72变那样的变化则对应特定速度收敛区间内系统函数形式的变化，法身异相则对应不同速度区间内系统函数形式的不一致而从低等到高等法身化象的变化恰对应特定速度收敛空间内系统函数形式的变化，最后都与肉身系统函数保持一致则谓圆满也可谓“自性等身”。无量身系统函数都保持一致则对应完全的全息。速度收敛域和Z变换实际对应离散序列的形式密切相关，调整了收敛域则可完全变为另外一套序列，基于如此原理，就可以实现正负虚实零五种物质存在相或其配比的变化，导致宏观“示相”的不同。
注：基于泰勒展开与Z变换的类比可以得出结论，其中速度对应各存在阶次及其收敛域的划分，为存在之“缘”和“用”，属阳；离散序列的值对应了相应的系数及其分列展开值，为存在之“本（体）”和“因”，属阴。Z变换所对应的整体系统函数是阴阳协同作用造成的，缺一不可，代表了万事万物的各种存在状态。
速度场的状态约定了各阶物理量分相的变化，如其为有旋场，左右旋则对应物质和反物质相的划分，速度的大小也即运动平衡时所对应的收敛域则决定了质量、动量、能量等各阶物理量所对应的序列即其配比。速度的梯度变化对应加速度形成力场可以导致平移离相则相应于各阶次中都存在的正负相的划分。因此，速度场的有旋性和梯度的差异是正负虚实物质存在的必然保证。也就是说，通过加速、减速类变化可以产生正负物质，而通过旋转状态的变化可以影响正反物质分野。1，i，-i，-1分别对应了正加速、逆旋、顺旋和负加速（减速）状态，分别可以调整正负物质和正反物质配比的变化，如顺逆旋平衡等速则出双S物质反物质对待太极图，相应于波相和粒子相状态的调整,咨询停盘相应于减速和负物质的收摄，而加持则对应加速和负物质的释放。
微观高速旋转使得相关基元的临界区半径极小，故隐而不见，随着量子混沌的发生，微渺变化和大尺度变化发生勾连，耦合旋转速度不断降低，则使得临界区半径逐步变大，在人能感知时，有尺许和寸许的差别。
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正物质，反物质，虚物质，复物质正质量，负质量，虚质量，及时空
已有 28 次阅读 2011-4-26 19:53 |个人分类:璇玑|系统分类:科研笔记|关键词:暗物质半导体 反物质 暗能量 复质量 虚物质 复物质 空间 推荐到群组
正物质，反物质，虚物质，正质量，负质量，虚质量及时空关系
宇宙中有正物质反物质，正反物质会湮灭放出能量，正反物质好像不仅仅是正负质量的关系吧，或者没有正负质量的关系，那么怎么湮灭成一对光子呢？
我原来的设想是和半导体中电子空穴相似，真空中也有涌现出的物质，也有旁边留下的坑，
好比种树挖坑，虽然挖出来土堆成堆，但是也有树坑了，又好像把低处的冰挖块到高处，瞬间解冻，高处水流到洞里这过程还是有能量。
正反物质比较好理解，那么有没有虚物质呢？所谓虚物质就是质量为虚数的物质，能量或光子是不是虚物质呢？E=MC2，C或者说质量的开方隐含着什么呢？时空褶皱还是什么？
假如存在虚物质，首先与实物质的叠加是可能的，而且会产生观察不到的现象。不影响实物质的一些运动规律。
质量假如可以是个复数，M=m+in 质量M绝对值为实部虚部的平方根；实部就是实体物质，虚部假如是所谓无静止质量的光子能量子的虚质量，那么是不是可以解释一些问题呢？是不是虚物质就是暗物质呢？
虚物质存在于和物质正交的时空中，也就是说物质假如是存在于空间当中，那么虚物质就存在于时间当中，光子存在于时间维度当中倒是真符合虚物质定义。
有虚物质，就有虚能量拉，是不是就是暗能量呢，存在于时间维度的能量？
胡言乱语君莫笑，虚虚虚虚虚虚道
想得很粗略不很完善尤其是虚物质实物质咋转化，物质中那些是实的那些是虚的，E=MC2的扩展，及质量的平方根和囚闭光子的旋转半径之间的关系等等。
需要好好想想。
物质能量之间的转化就是个相位问题，空间维度为实数，时间维度为虚数，则光子能量向物质质量转化或者说就是一个从时间维度偏转向空间维度的相角问题。
看看M=m+in
hv=E=MC2=（mm+nn）1/2*C2
假设存在空间的物质质量为实质量m，存在于时间的纯能量等效于虚质量in，而总等效质量M为m和n的平方和的平方根
假设对某物来说其具有实质量又有时间维度运动能量等效于总质量M，则假若Meiθ为此物状态，具有时间空间之间相位θ，则其实质量为Mcosθ，其虚质量为Msinθ。呵呵。
假若说一个运动物体的实质量是势（虚）能量，而动能量是虚（势）质量的话，也很好理解，空间离不开时间的约束，时间也离不开空间的约束，时间空间之间的变换好像是一种卷积，空间把时间卷积进来，时间把空间卷积进来，是一种正交关系吧。
假若光子纯粹在宏观世界的时间维度（沿宏观世界线）运动，则其能量为E的话，其虚质量为im，其等效质量为m，有E=hv=[imC2]=MC2。而假设当光子垂直于时间维度在空间中绕圈时（空间维度是虚时间维度（可是假如说光子只能在时间维度运动则时间也是多维的而且可以有虚数问维度即空间）），相当于在宏观世界中静止，沿宏观世界时间线和世界线均无移动而沿内世界维度内时间线内世界线绕圈，假设绕圈周长为光子波长即v=C/λ,即光在绕禁闭空间世界线绕圈，则有此时绕圈光子体系对外表现出实质量，质量M为m纯为实质量，即产生了物质M=m=h/λC。
处在外展开世界线和内禁闭世界线之间运动的光子则既展现静止实质量也有运动的运动动虚质量，静实质量和动虚质量之间可以转化，呵呵，把质量能量转化和守恒定律又转化成广义质量守恒定律了，守恒的是复质量的绝对值或者矢量模，质量在运动时空称为一种复数或赝矢量了。只要找准光子调整角度，就可以把光调成物质，找准角度，可以把物质调成能量，这个角度就是时空相位，时空相位的调整需要电磁调控，因为光子内部有电磁相关属性。
进一步设想其实电磁之间也是个复数关系，光子的电磁场总能量U是一定的，但是总是在电场实能E和磁场虚能iM之间转换震荡不休，而U=|E+iM|,呵呵，电磁转换和能质转换联系起来了？
或者说光子或许除了电磁分量还有其他分量，这种分量产生实质量？
当然讨论的最终目的是把质量，能量，光子等统一到时空介质的性质上，所有的质量，能量，电磁性质，光子都不过是时空褶皱漩涡而已，而时空最终又可归结于信息测度有无阴阳等，但是达到这个目的还需要仔细构建质能转化途径，再构建能量信息转化途径，呵呵最终只要有信息就可以产生万物了，狂想一把。
为什么崂山道士可以穿墙破壁，因为采用某些方法让自己物质身体时空相位改变成能量化或把物质的墙的相位改变成能量的墙？为什么藏密里面虹化物质身体不断消失而彩虹光明不断，因为打开了物质相位向能量相位转化的锁，而钥匙是心识对存在本然状态的领悟。强电磁条件下物质能量之间相位或许也是可以转化的。
所以物质达到光速运动是可能的，只要把实质量相位全转化成虚质量相位的虚物质，物质质量绝对值不变而物质的质量相位发生了变化，但是却可以以光速移动了，或者说转化为光态物质了，所谓虹霓身呀，大迁转身哪，羽化呀都不过是物质身体转移了一个相位而已。
所谓物质的波粒二象性就在于物质实质量和能量虚质量之间的转化在不停运作只是很快而已，所以物质能量统一起来了，物质弥散开来，而能量也有凝聚起来的时刻，呵呵，就在那相位一转，波粒二象动荡不休呀，光子作为能量为啥有粒子特性也可以解释了，那就是光子相位有了偏离时间轴的相位而已。
当然假若在自然科学或物理上能把握住这个相位，那物质能量转换自由自在，人类再也不用为能源问题发愁了，呵呵。
http://blog.sina.com.cn/s/blog_544917fc0100qrx8.html
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