学教授(牛顿曾经担任这教授位置,目前
担任此
位置)。狄拉克理论是第
种既和量子力学又和狭义相对论相
致
理论。它在数学上解释
为何电子具有1/2
自旋,也即为什
将其转
整圈不能、而转两整圈才能使它显得和原先
样。它并且预言
电子必须有它
配偶——反电子或正电子。1932年正电子
发现证实
狄拉克
理论,他因此获得
1933年
诺贝尔物理奖。现在
们知道,任何粒子都有会和它相湮灭
反粒子。(对于携带力
粒子,反粒子即为其自身。)也可能存在由反粒子构成
整个反世界和反人。然而,如果你遇到
反你,注意不要握手!否则,你们两人都会在
个巨大
闪光中消失殆尽。为何
们周围
粒子比反粒子多得多?这是
个极端重要
问题,
将会在本章
后部分回到这问题上来。
在量子力学中,所有物质粒子之间力或相互作用都认为是由自旋为整数0、1或2
粒子承担。物质粒子——譬如电子或夸克——发出携带力
粒子,由于发射粒子所引起
反弹,改变
物质粒子
速度。携带力
粒子又和另
物质粒子碰撞从而被吸收。这碰撞改变
第二个粒子
速度,正如同两个物质粒子之间存在过
个力。
携带力粒子不服从泡利不相容原理,这是它
个重要
性质。这表明它们能被交换
数目不受限制,这样就可以产生根强
力。然而,如果携带力
粒子具有很大
质量,则在大距离上产生和交换它们就会很困难[奇+书+网]。这样,它们所携带
力只能是短程
。另
方面,如果携带力
粒子质量为零,力就是长程
。在物质粒子之间交换
携带力
粒子称为虚粒子,因为它们不像“实”粒子那样可以用粒子探测器检测到。但
们知道它们
存在,因为它们具有可测量
效应,即它们引起
物质粒子之间
力,并且自旋为0、1或2
粒子在某些情况下作为实粒子而存在,这时它们可以被直接探测到。对
们而言,此刻它们就呈现出为经典物理学家所说
波动形式,例如光波和引力波;当物质粒子以交换携带力
虚粒子
形式而相互作用时,它们有时就可以被发射出来。(例如,两个电子之间
电排斥力是由于交换虚光子所致,这些虚光子永远不可能被检测出来;但是如果
个电子穿过另
个电子,则可以放出实光子,它以光波
形式为
们所探测到。)
携带力粒子按照其携带力
强度以及与其相互作用
粒子可以分成四种。必须强调指出,将力划分成四种是种人为
方法;它仅仅是为
便于建立部分理论,而并不别具深意。大部分物理学家希望最终找到
个统
理论,
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