如果將物質的電荷翻轉,是時間倒流?還是一切照舊?

2021-01-19 天文在線

物理學家:很簡短的回答是對的，但不是以時間旅行者的方式。

物理學中存在著一種對稱性，它隱含在我們最最熟知的物理基本定律中，這種對稱不會被我們所知的過程打破，這就是所謂的「CPT對稱」。它說的是如果你把宇宙、宇宙中的所有東西包括翻轉電荷(C)像穿過鏡子(P)一樣將所有東西左右彼此變換，再將時間反演，那麼物理學的基本定律會繼續發揮作用。

當我們將(P)與(T)聯合起來看，相當於給一個四維時空坐標取負值，即將(t.,x, y, z)變成，(-t,-x, -y, -z)，拋開時間參數之外，餘下三個參數可以反饋出三維空間內所有的空間方向，而且由於這種反饋是等量相反的（即左右互換），所以這三種變化將與（P）保持一致。這樣我們就可以發現，當你在量子理論中聯合(PT)時，如果翻轉粒子電荷(C)，事實上什麼都不會變化。

準確的說，在所有我們已知的相互作用及微觀粒子現象中，交換所有的坐標（即聯合PT）,或者改變電荷（C），其基本物理定律均保持不變。根據「CPT平衡」， 這讓我們值得考慮在這些變換中存在導致 「時間反演」的可能。

電荷共軛可以使得宇宙中的所有電荷發生翻轉。然而對我們來說最重要的是，質子帶負電荷，電子帶正電荷。電荷共軛可以保證所有的電磁學定律保持不變。基本上，在翻轉電荷之後，喜歡仍然是喜歡(和排斥)，對立仍然是對立(和吸引)。

時間反演:如果你把電影倒過來看，會發生很多幾乎不可能的事情。飯沒有吃，機器人沒有爆炸，話沒有說，心沒有破碎。在每一種場景中，關於「前」與「後」最大區別就是熵值，而熵值往往隨時間的延長而增加。 這種「統計定律」 的意思是，他們一般只被用來描述事物的「發生的趨勢」。

但是在大到足以被看到的尺度上，也許看不到「不隨著時間趨勢遞減」這樣的事件，比如像火把灰變成紙一樣。但在小範圍中，熵值更像一種建議，而非定律。單個粒子的內部作用可以向前發展，當然也可以向後倒退，包括粒子的產生和湮滅。

圖解：左邊:一個電子和一個正電子湮滅產生兩個光子。右邊:兩個光子相互作用產生一個電子和一個正電子。這是相同的相互作用的發展和倒退，我們在宇宙中都可以看到。

我們在自然界中可以經常看到這兩種事件，實際上，不誇張地說它們就是彼此的時間反演。

如果你透過鏡子看世界，你將永遠不會注意到有什麼不對勁。例如，如果你造了一輛車，然後再建一個完全相反的鏡像，那麼這兩輛車的性能就會都和另一輛一樣好。直到1956年，我們才終於發現了一個與它的鏡像孿生兄弟行為不同的例子。衰變的中子，或多或少都是對齊的，但是通過將超冷放射性鈷-60置於強磁場中，我們發現電子會優先向一個方向（β—輻射）射出。

圖解：吳建雄製造了這些行為不同於它的鏡像的事物。1956年，他向世人展示了，要製造出一種行為不同於它的鏡像的東西是多麼困難。

物質通過弱力相互作用的方式具有旋向性，從某種意義上說，你可以真正區分左旋和右旋。在β-(β-)衰變中子變成一個質子的過程中會排出一個電子,一個反電子中微子和光子或兩個原子核(通常)。由於中子具有自旋性，所以可以像定義地球自轉一樣定義它的「北」和「南」。事實證明,在β-衰變的過程中電子總是發射於中子的「南極」。但是鏡像會向相反的方向旋轉(試試吧!)。所以它們的「南北向」會發生翻轉。在中子衰變的過程中鏡像是不可能發生的，只是在大自然中從未見過，這不奇怪嗎?在宇宙中並不一定存在「宇稱違背」，但它確實存在。

圖解：HFGhg:物質與弱力的相互作用是「手動的」。當發射射線(弱相互作用)時，物質和反物質就是彼此的鏡子。

宇稱性和電荷的區別就是是反物質與物質的區別。所有反物質粒子的電荷都與它們的物質對應物相反，它們的宇稱性會發生翻轉，從某種意義上說，當反粒子利用弱力相互作用時，它們就像鏡子裡的物質一樣。當一個反中子衰變為一個反質子、一個正電子和一個電子中微子時，正電子就會從它的「北極」跑出來。

CPT正是為什麼物理學家有時會說一些聽起來很瘋狂的話的原因，比如「反粒子(CP)就像普通粒子進行時間反演(T)一樣」。在物理學中，無論什麼時候，當你試圖弄清楚反粒子在某種情況下的行為，你總是可以把時間倒轉過來，考慮一個普通粒子回到過去的行為。

圖解： 「反物質就像時間倒流的物質。從技術上講是正確的，但不是以一種對任何人都有用或特別有啟發性的方式。」

這並不像它看起來那麼有用。老實說，這對於理解衰變和中微子以及現實的基本性質是很有用的，但就你個人對反物質和時間的理解而言，這是一個非常沒用的事實。「時間反演」是描述單個粒子相互作用的一種有用方法，但是當你觀察越來越大的尺度時，熵開始發揮更重要的作用，通常時間流逝的裡程碑(如滴答作響的時鐘、褪色的墨水、生長的樹木)在物質和反物質中都以完全相同的方式出現。

如果生活在反物質世界中的反物質者都是班傑明·巴頓(Benjamin Buttons)，那麼這將是一個合乎邏輯和社會學的金礦。但說到底，如果你有由一個反物質構成的朋友(無論如何)，你會以完全相同的方式變老和經歷時間。你可能只是不再想在同一個地方閒逛了而已。

最重要的，時間的定義特徵是熵值，熵值會以完全相同的方式對待物質和反物質，未來就是未來，未來就是一切。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.askamathematician-柚子茶

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