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客岁（2024）在大型强子对撞机（LHC）进行的实验标明，产生反物资的碰撞同期也会产生等量的物资。这看似理所天然，但对物理学来说却是一个难过，因为这标明咱们未能在物资和反物资的产生经由中找到任何不合称性。这种不合称性本应解释为什么宇宙中物资的数目远多于反物资。若是在宇宙大爆炸时物资和反物资是以等量产生的，那么它们早就应该互相消释，什么都不会剩下，更弗成能有行星、恒星，以致咱们东谈主类的存在。有些物理学家觉得，物资和反物资照实是等量出现的，但因为它们的性质恰好相背，可能在时间或空间上被推向了相背的地点，因此真的莫得契机相互战役以致发生碰撞。关联词，这种说法全都穷乏实考凭证复古。还有一些物理学家觉得，宇宙中可能存在一种超过粒子物理轨范模子的物理不合称性，这种不合称性影响了物资的互相作用端正，但咱们还莫得找到它的存在。一个值得谈判的假定是，这种不合称性照实存在，但它是大爆炸自身的宇宙特征，是以无法在宇宙中的局部实验中被不雅测到。除非咱们概况创造一个新的宇宙，不然弗成能在实验室里重现这种不合称性。大爆炸的经由与粒子加快器中的粒子碰撞截然有异。因为在大爆炸发生时，新的物资径直被创造出来，这似乎违背了质料和能量守恒定律。关联词，这并不如看上去那样令东谈主惊骇。原因在于，在大爆炸发生的阿谁过火早期阶段，热力学定律可能并不像当今这么适用，因为其时的宇宙并不具备当今所不雅察到的对称性结构。

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自20世纪初以来，艾米·诺特（Emmy Noether）通过她的闻名定理，讲解了对称性和守恒定律之间的内在相关。从那时起，咱们便知谈，能量和质料的守恒源于时间平移对称性。在咱们的宇宙中，某一时间点发生的事件，其物理端正与其他时间点发生的事件全都一致。这意味着，时间的开端并莫得特别酷爱，不错恣意遴荐。关联词，在宇宙大爆炸发生时，这种情况显着不设置。若是时间照实有一个开端，那么接近这一都点的物理事件将不罢职咱们熟知的能量守恒和质料守恒定律。可是，假定物资和反物资的产生经由是交流的，即粒子成对产生并随后互相消释。独一的区别在于，这个物资-反物资对的时间轮回旅途可能在不同的轨范上发生变化。

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理查德·费曼（Richard Feynman）曾建议过一个道理的不雅点：一个电子-正电子对的出现和消释，其实不错看作归拢个粒子在时间中上前和向后通顺。这是物资和反物资之间对称性的体现。若是你翻转电子的电荷，它看起来就像一个正电子；而若是你翻转时间地点和空间地点，它又会变来电子。这种电荷-宇称-时间（CPT）对称性是多量存在的端正。这种解释被称为费曼-斯塔克尔伯格不雅点（Feynman-Stuckleberg point of view）。因此，有些物理学家觉得，反物资可能在宇宙大爆炸后变成了一个镜像宇宙，并沿着时间轴反向启动。关联词，假定在大爆炸时，主要只产生了物资，而真的莫得产生反物资呢？原因可能是，若是你将一个物资-反物资对的时间轮回旅途不停拉长，直到无限大，它并不会变成两个宇宙——一个由物资组成，另一个由反物资组成。而是只会变成一个由物资组成的宇宙。不外，这种风物无法在咱们日常感知的时空中径直不雅察到。必须通过一种称为立体投影的特别门径，才智揭示出这一风物。立体投影技能自古以来便被用于将球体的名义映射到平面上。古代帆海家在飞行时，必须随身佩带星图来笃定地点。绘图小片星空（如某个星座）是相对粗略的，但要绘图整片天外则是一个更为复杂的问题。因为在天外中，星星看起来像球体里面的光点，而当你尝试将这些星点径直绘图到平面纸上时，星星之间的角度时常会发生严重的误会。那么，如何才智系统地将这些球面上的星图投影到平面上，而且在这个经由中保合手星星之间的角度不变呢？毕竟，对帆海来说，星星之间的距离并不进攻，星星之间的角度才是至关进攻的。

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托勒密（Ptolemy）在公元2世纪的经典《平面天球仪》（Planisphere）中初次建议了处置决策。伊斯兰帆海家自后根据他的念念想发明了星盘，这是一种便于佩带的吝惜具，比指南针出现得更早。立体投影在很多限制中都有进攻欺骗，包括纯数学限制，但咱们在这里感酷爱的是其在费米子（如电子和正电子）上的欺骗。费米子的主要特征是自旋为1/2或1/2的倍数。在这少量上，必须深刻一些数学内容。费米子罢职狄拉克方程，而恰是通过推导这一方程，保罗·狄拉克（Paul Dirac）初次权衡了正电子的存在。

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狄拉克通过从标量玻色子（自旋为0的粒子）的克莱因-戈登方程起程，取其“平方根”，将其阐述为两个方程，其中一个即为狄拉克方程。狄拉克的知奋发体现了极大的直观，但在某种进程上亦然一次红运的预计。实验上，狄拉克方程不错仅从立体投影的见解中推导出来。原因在于球体内的旋转与这些旋转投影到下方复平面上的发扬之间有着密切的相关。

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事实上，将一个球面投影到复平面上，是物理学中将实数（如光泽）暗意的量调养为复数（如波）的样子。关联词，咱们感酷爱的不是从球面投影到复平面，而是投影到一个实的时空平面上。原因在于，咱们但愿将粒子在时空中的旅途与球面上的旅途相关起来，渴望从平面投影回球面时，不错揭示物资与反物资之间的某种关系。换句话说，咱们但愿从一个实平面映射到一个实球面。假定宇宙是一个四维的德西特空间（de Sitter space）。这意味着它具有恒定的正标量曲率。对宇宙加快彭胀的不雅测恶果标明，这种假定很可能是正确的。宇宙有一个正的宇宙学常数。你不错将德西特空间设想成一个更高维平坦空间中的流形名义（尽管不一定非得如斯）。它看起来有点像一个沙漏：

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反差 眼镜在这种情况下，时间的地点取决于如何“切分”宇宙。举例，在左侧的闭塞宇宙中，时间的切片使得空间具有正曲率；中间部分的宇宙莫得曲率；右侧的宇宙则具有负曲率。根据物资的数目和宇宙学常数的值，爱因斯坦场方程会遴荐不同的切片样子。咫尺不雅测恶果标明，咱们的宇宙粗略对应于中间的情况。在量子场论中，有一个常见的妙技叫作念维克旋转（Wick rotation）。斯蒂芬·霍金在他的书《果壳中的宇宙》中曾提到过这少量。骨子上，用虚数替代时间的实数暗意面貌。完成遐想后，再将虚数时间调养回实数时间，恶果就出来了。之是以能这么作念，是因为复数数学中的一个奇妙性质——认知延拓（analytic continuation），即概况将界说在实数上的函数延长到虚数上，反之亦然（唯有不遭受奇点）。维克旋转使得咱们概况用虚时间来暗意德西特空间，并将其飘浮为一个四维球面的名义。（正常的球面是二维的，因此称为“2-球面”，而四维球面是“4-球面”。）维克旋转在绘图费曼图（或进行量子场论遐想）时也特别有效，而这恰是咱们不错找到一个道理相关的地方。

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费曼图是粒子互相作用的图形化暗意。这种互相作用不错发生在实验粒子之间，也不错发生在虚粒子之间（虚粒子是指无法径直测量但其影响可被检测到的粒子）。理查德·费曼（Richard Feynman）开拓了这一门径，以简化量子电能源学（QED）中繁琐的遐想。这一门径自后被扩展到统共粒子互相作用的扣问中，于今仍用于遐想粒子加快器中的碰撞恶果。频频情况下，费曼图是在平面上绘图的，因此会不详两个空间维度。事实讲解，这并不会带来问题，因为在遐想图对测量恶果的孝敬时，不错将这些维度再行加追念。举例，望望底下的费曼图。

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纵轴暗意空间，横轴暗意时间从左向右荏苒。图中的“γ”暗意一个光子，这个光子差异成一个电子和一个正电子。这两个粒子分离开后再次消释，再行变成光子。费曼将这个电子-正电子对解释为一个单一粒子在时间中变成的闭环通顺。在虚时间中，这个图看起来全都一样。当今，假定在德西特空间上进行一样的操作。在平面上的闭环变成了球面上的闭环。这并非随机风物。咱们称球面与其立体投影之间的关系为“共形”（conformal）。共形投影会保合手角度不变，若是球面上的图形是圆，那么在平面上的投影图形也仍然是圆。

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独一的委果例外情况是，当一个圆经过球体的北顶点时。立体投影的道理是，从北顶点画一条直线，穿过球面上要投影的点，直到这条直线在平面上与投影点相交。可是，若是想要投影北顶点自身会如何？恶果是，这个点会投影到无限远的距离，而且不仅是单一方朝上的无限远，而是统共方朝上的无限远。换句话说，若是你把一个平面“包裹”起来，使其贴合球体的名义，那么平面上统共的无限远点，非论哪个地点，都会映射到北顶点上。（在绘图夜空舆图时，频频会遴荐一个不关要害的点行为肇端投影点。若是你糊口在北半球，那么不错遴荐南顶点行为投影的开端，这么北半球的夜空图就不错便捷地映射到一个圆形区域内。）这意味着，在虚时间德西特空间中，任何物资-反物资的轮回，无论何等小，唯有有一个点经过北顶点，那么在立体投影中，它看起来就像是一条直线。

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Needham， Tristan. 《Visual Complex Analysis》，牛津大学出书社，1997年。由于球体名义是对德西特时空的暗意，因此不错把宇宙大爆炸——时间和空间的开端——甩掉在北顶点。而南顶点的位置相对比拟恣意，因为在虚时间中，空间和时间是等同的，开端并不应该有特别酷爱。不外，频频咱们会把南顶点看作咱们所在的时空位置。除了宇宙大爆炸以外，北顶点还代表着无限的时间和空间。在球体上的任何物资-反物资轮回，若是不经过北顶点，都会是相对正常的轮回；但若是经过北顶点，这些轮回在立体投影中会发扬为从无限时间和空间起程，然后又回到无限时间和空间的直线。最进攻的是，在这个经由中，这些粒子的时间并不会倒流。关联词，在咱们的宇宙中，咱们不觉得粒子会虚构从“无限远”出现。固然无法讲解某天不会有一团物资顷刻间穿越到咱们的可不雅测宇宙中，但咱们并不这么预期。不外，咱们照实觉得这些粒子源自宇宙大爆炸。由于大爆炸位于北顶点，咱们视这些物资为从大爆炸中出身的粒子。尽管在立体投影中，它们似乎来自“无限远”，但因为它们穿过了大爆炸，咱们无法探知它们在此之前来自那处。在球体上，这些粒子看起来像是从大爆炸中出现，然后又回到大爆炸，就像物资-反物资轮回一样。但在平面投影中，它们发扬为从负无尽穿越到正无尽的粒子旅途。我建议，咱们宇宙中的物资大多罢职这么的旅途，因此在咱们的不雅测中，它们都发扬为正常的物资，因为它们实验上从未逆转时间，回到畴前。骨子上，物资和反物资之间的对称性从未被突破。相背，由于这种从出身到消释的轮回具有无限曲率，在咱们看来，统共粒子都发扬为物资。从这个角度来看，反物资无处不在，因为它骨子上即是物资。 本站仅提供存储奇迹，统共内容均由用户发布，如发现存害或侵权内容，请点击举报。