Можно ли создать материю? [дубликат]

Процесс производства пары

Естественно из закона сохранения энергии энергия фотона должна превышать минимальное значение$E_\text{min}$, так как созданные частицы имеют массу покоя. В настоящее время$E_\text{min}$не совсем$2m_e$, удвоенная масса электрона, так как существует граница$e^+e^-$состояние с энергией несколько меньшей, чем$2m_e$, но эта поправка$\approx 7\; \text{eV}$а также$2m_e \approx 1\; \text{MeV}$.

Этот процесс можно наблюдать в лаборатории с довольно простым оборудованием. Вам нужен радиоактивный образец, который испускает$\gamma$-лучи выше$E_\text{min}$(желательно при гораздо более высоких энергиях, скажем$\approx 5 E_\text{min}$), кусок плотного металла (типа свинца) и детектор фотонов. Рождение пар будет происходить в опережение, и можно будет наблюдать пик фотонов с энергиями, близкими к$m_e$. Они исходят от созданного позитрона, аннигилирующего с электроном,

(Обратный процесс

знаменитое уравнение Эйнштейна,$e=mc^2$утверждает, что можно преобразовать материю в энергию. Отсюда можно сделать вывод, что это работает и в обратную сторону. В противном случае количество энергии во Вселенной увеличивалось бы, а количество материи уменьшалось (очень, очень, медленно).

Чтобы добавить к ответу Робина Экмана , ответ «да», как указано там, но вы должны быть очень осторожны в эти дни со словом «материя» — это слово, которое становится устаревшим в физике, поскольку мы все больше и больше понимаем, что все сделано из квантовых полей. Итак, процесс производства пары

лучше понимать просто как изменение состояния квантовых полей: мы удаляем два фотона из фотонного поля, добавляя позитрон и электрон к электронному полю.

Кстати, проще всего сделать парное производство$\gamma + \gamma \to e^+ + e^-$в лаборатории с катушкой Тесла: если вы хорошо разбираетесь в токарном станке и механической конструкции и тщательно прокладываете изоляцию, вы можете сделать катушку на 1 миллион вольт у себя на заднем дворе, как это сделал мой друг - он очень как дизайн, показанный здесь . Я полагаю, что, разгоняя ионы до миллиона электрон-вольт, вы получите значительные$511keV$ $\gamma$производство. Эти$\gamma$в свою очередь будут создавать пары: энергии покоя электрона и позитрона равны$511keV$каждый. Я, конечно, не рекомендовал бы это: опасность поражения электрическим током огромна, и я не понимаю, почему опасность радиации не была бы значительной, поэтому я держусь подальше от дома моего друга, когда он играет со своей катушкой.

Дихотомия между «материей» и «энергией» устарела: слово «материя» исчезает в физике элементарных частиц как слишком неточное, и теперь все «частицы» обладают свойством , называемым энергией, которое является просто одной из компонент четырехвекторного импульса . так что свойство «энергии»$E$для данной частицы:

куда$p^2 = \vec{p}\cdot\vec{p}$- квадрат величины повседневного вектора импульса$\vec{p}$. Мы больше не говорим о том, что что-то является энергией. Некоторые частицы, например фотоны, имеют нулевую массу покоя.$m$и всегда наблюдается, что они движутся со скоростью света с импульсом$|p| = E / c$. Это те, о которых люди говорили как о чистой энергии в ранние дни Эйнштейна. Некоторые частицы имеют ненулевую массу покоя и могут находиться в состоянии покоя в вашей системе отсчета, как электрон. В системе отсчета, покоящейся относительно рассматриваемой частицы, их энергия равна$E = m\,c^2$, который, я уверен, вы видели раньше и является частным случаем (1) выше. Это знаменитое уравнение, вообще говоря, при ненулевом импульсе частицы неверно (или, вернее, не дает полной картины)!

С другой стороны, люди, изучающие теорию относительности, называют все, что обладает энергетическим свойством, «материей»: оно почти одинаково влияет на уравнения поля Эйнштейна (УЭП) независимо от того, имеет оно массу покоя или нет, и гравитационно ведет себя почти так же, как ньютоновская масса. из$E/c^2$(хотя есть тонкости: правая часть EFE — это тензор, а не простой скаляр$E/c^2$, но последний дает хорошее представление о том, что происходит).

Если вы посмотрите слово « Материя» в Википедии , вы увидите более подробное объяснение путаницы. Я хочу, чтобы впредь все просто использовали слово «материал» для обозначения всего, что может быть истолковано как неосновное состояние квантового поля.

Если нам разрешено использовать не только энергию, но и материю (чтобы создать больше материи, чем вы начали), то ответ — да .

Если нам не разрешено использовать материю — мы должны сделать материю только из энергии, — тогда, строго говоря, ответ таков: мы не знаем. Но, возможно, скоро.

Мы почти уверены, что это возможно; было бы удивительно обнаружить иное. Но мы не знаем, пока не проведем эксперимент.