反物质会“掉落”吗?

我们需要谈谈反物质。

来源:Space.com: NASA,太空探索和天文新闻

1971年,宇航员大卫·斯科特站在月球表面,手里拿着一把锤子和一根羽毛,在月球的真空中,他把它们放走了。他们几乎同时击中了灰色的尘埃。这是对伽利略的诗意致敬,几个世纪前,伽利略反驳了亚里士多德的观点,即重物体比轻物体更“想要”落在地面上。

这不仅仅是相机的一个小把戏;它证明了弱等效原理,这是广义相对论的基石。它指出,所有物体,无论其质量或内部成分如何,都以完全相同的速率在引力场中下落。当爱因斯坦建立他的杰作理论时,他并没有试图解释为什么会发生这种情况。他只是认为这是一条基本规则并继续前进。

但是如果有一种天体生物拒绝遵守规则怎么办?如果我们丢下了一些如此奇特的东西,甚至爱因斯坦都没有注意到它怎么办?我们需要谈谈反物质。

要了解反物质下落的吸引力,我们必须回顾一下它的发现历史。 20 年代,物理学家保罗·狄拉克 (Paul Dirac) 试图迫使两个截然不同的世界——量子力学(非常小的规则)和狭义相对论(非常快的规则)——一起发挥作用。

狄拉克找到了一个有效的方程,但它有一个怪癖。正如 4 的平方根可以同时为 2 和 -2 一样,他的方程为粒子能量提供了两种解:一种是正值,一种是负值。这是一个问题。正能量的“底层”为零,但负能量是没有底部的地下室的地下室。

为什么要关注反物质来测试引力?因为反物质是通向物理学最大鸿沟的桥梁。众所周知,广义相对论(引力)和量子力学(其他一切)并不兼容。他们说不同的语言,住在不同的社区。由于反物质是量子世界的纯粹产物,因此它是检验爱因斯坦引力理论的完美候选者。