Проблема энергии столкновения материи и антиматерии

Мичио Каку и Дженнифер Томпсон, « Из -за пределов Эйнштейна» , глава 13, «Антиматерия» :

Дирак, также акцентировал внимание на том, что уравнение Эйнштейна Е "=" м с 2 не совсем верно. (Эйнштейн знал, что истинное уравнение было Е "=" ± м с 2 но поскольку его теория была основана на силах, он проигнорировал знак минус.) Поскольку Дирак создавал новый тип уравнения (известного как уравнение Дирака) для электрона, он не должен был игнорировать знак минус. Этот знак заинтриговал людей, потому что он, кажется, предсказал совершенно новый тип материи.

Итак, если я правильно понимаю, материя (как всегда известно) подчиняется уравнению Е "=" м с 2 тогда как антиматерия следует уравнению Е "=" − м с 2 . Но через несколько абзацев там написано:

Когда материя и антиматерия сталкиваются, они аннигилируют друг друга, и выделяется огромное количество энергии.

Когда я немного подумал, если частица, несущая м с 2 количество энергии, и это антипатриотическое ношение − м с 2 количество энергии, то полная энергия, переносимая обеими частицами, должна быть Е т о т а л "=" Е п а р т я с л е + Е а н т я − п а р т я с л е "=" м с 2 − м с 2 "=" 0 . Я думаю, что каждый может увидеть здесь проблему: нет никакой энергии в сумме с обеими частицами. Так откуда же берется эта огромная энергия при столкновении частицы и античастицы? Или это я неверно истолковал прочитанное?

Ответы (2)

Состояния с отрицательной энергией называются «морем Дирака».

Море Дирака — это теоретическая модель вакуума как бесконечного моря частиц с отрицательной энергией. Впервые он был постулирован британским физиком Полом Дираком в 1930 году для объяснения аномальных квантовых состояний с отрицательной энергией, предсказанных уравнением Дирака для релятивистских электронов. Позитрон, двойник электрона из антивещества, изначально представлялся как дыра в море Дирака, задолго до его экспериментального открытия в 1932 году.

море дирака

Море Дирака для массивной частицы. желтый • частицы, синий • античастицы

Итак, в этой модели отрицательная энергетическая дыра появляется в нашем положительном энергетическом мире как античастица с положительной массой/энергией и противоположными квантовыми числами: противоположностью электрона является позитрон.

Это очень удачная модель полуспиновых частиц, которые мы наблюдали.

А как насчет полной энергии, полученной от столкновения частицы и античастицы?
Античастица — это дыра в море отрицательной энергии, и поэтому вместо -E у нее есть E, поэтому аннигиляция имеет E_negative_hole +E_postive — вся положительная энергия. Предполагается, что все состояния с отрицательной энергией заполнены, за исключением случая, когда существует дырка, которая тогда интерпретируется как античастица с положительной энергией.
@moray95 Фундаментальное уравнение, включающее массу и энергию, Е 2 "=" м 2 + п 2 (в с "=" 1 единиц), и важно отметить, что масса входит в квадрат , поэтому вклад энергии всегда положителен.
@dmckee На самом деле это неверно, потому что когда вы решаете Е 2 "=" м 2 + п 2 для Е вы получаете: (1) Е "=" м 2 + п 2 ИЛИ (2) Е "=" − м 2 + п 2 . Таким образом Е может быть положительным (как в 1) или отрицательным (как в 2).
Цитируя Вайнберга в «Квантовой теории поля», цитируя Швингера: «Картину бесконечного моря электронов с отрицательной энергией сейчас лучше всего рассматривать как историческую диковинку и забыть».
@ Фридрих, да, это сбивает с толку и бесполезно, хотя концепция отверстий была полезна в твердотельных моделях QM.

Бен Франклин присвоил тому, что должно было быть электронами, отрицательный заряд. Математика тогда говорит, что электроны и ток текут в противоположных направлениях. Это последовательно, но было бы глупо полагать, что что-то материальное противодействует удару молнии.

Грамм вещества или антивещества (конечно, состоящего из одного и того же вещества, скажем, из AlF3, моноизотопного по обоим элементам) имеет одинаковые массовые эквиваленты, mc^2. Фотоны сами себе античастицы. Лептон-антилептоны (лениво - без ускорения) аннигилируют в фотоны - легко сбалансировать книги измерениями, включая кинетическую энергию и энергию связи (отрицательную), например, прямое слияние электронов и позитронов против коллапса позитрония (а затем синглет против триплета позитроний и возбужденные состояния каждого).

ОДНАКО, адроны (вещество с кварками) лениво аннигилируют, давая около половины своей массы, эквивалентной энергичным нейтрино. 2mc^2, чем примерно mc^2. USS Enterprise NCC-1701 проехал только половину своего пробега по дилерской наклейке. В 23 веке ничего не изменилось.

Наконец, если вы на акселераторе разбиваете вещи-антиштуки, кинетическая энергия добавляется к рагу. Вы не можете получить больше массы-энергии, чем вложили, но вы можете вложить 14 Тэв. 14 ТэВ - это (14 900 протонов) (c ^ 2). Всякое бывает и выводится.

Проблема энергии столкновения материи и антиматерии
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v