科学理解Jun的"流行物理100课"系列
第16课：科幻电影中的物理
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我相信你已经听说过许多物理术语，如虫洞，反物质和负能量。这听起来很高，但很多人只是听一个粗略的想法，甚至概念都对此感到困惑。希望这篇文章能带给大家知识的收获，以后给别人这些名词的时候，也可以放松一下。
现在，许多科幻电影都有一套穿越虫洞的场景。当然，这些科幻思想在牛顿力学时代是不可想象的。在牛顿先生眼中，这些都是无稽之谈。大自然仍然诚实地对待我的力学定律！
当然，后来的生活仍然打破了牛顿的束缚！爱因斯坦早在清朝末期就发表了狭义相对论，这是你经常听到的理论来源，"时间越快，时间越慢，质量越大"。但在当时的人们眼中，那套相对论是没什么用的。由于速度必须至少达到光速的10%，因此相对论效应可以起到重要作用。
爱因斯坦
没过多久，科学家们就发现原子中的微观粒子移动得非常快，就好像相对论终于有了一些实际用途一样，因为相对论可以描述粒子高速运动的时空定律。
后来，一位名叫狄拉克的物理学家认为，由于核外电子移动得如此之快，它们的相对论效应是显著的。就在那时，我计算了电子的相对论效应，并推导出了狄拉克方程。
狄拉克
最后，狄拉克发现方程有两个解，与y-x2相同。x-1 或 -1。狄拉克肯定会取1，因为1是正数，对应于真实的自然现象。但是为了证明这样做的合理性，必须安排负值。由于正值是带负电荷的电子能量，因此负值是与电子的性质相反的粒子，后者是后来的正电子。
<h1>狄拉克方程的解预测了正电子学，这是人类发现的第一个反物质</h1>
电子的反物质是正电子。当然，现代科学已经发现，每个粒子都有一个可比的对手，只要它们相遇，就不要拼出和誓言一样。
这是物质及其反物质。正粒子——反粒子这两兄弟也是空手套白狼。起初，它们在太空中并不存在，因为它们甚至没有能量。
但这两兄弟发现了一个大秘密，那就是可以在真空中借用能量，借来的能量可以转化为质量，所以两兄弟得到质量就可以出生在世界上，你可以看到花的世界。
真空对正反粒子说："反正我不在乎，我唯一的使命就是遵守能量守恒法则的誓言，我可以暂时默认为人情，悄悄地借给你们能量，但你们两个一定要借多少钱，这样我才还遵守守恒法则。
正反粒子这两兄弟也是良心，人们真空借用你的能量，让你感受世界一线。但不要想着不回来，所以在他们感受世界之后，他们一起拥抱湮灭，湮灭释放能量回到宇宙。
正反物质湮灭返回能量
事实上，宇宙每个角落的真空一直在上演：正反粒子是由能量凭空产生的，能量守恒定律暂时被打破→正极——反粒子停留很短的时间去感受世界→相互湮灭，释放能量，并遵守能量守恒定律。
所以真空不是空的。从微观尺度上看，真空可以活泼，已经凭空上演，产生正负粒子，也凭空消失"魔力"。这种现象也被称为狄拉克海的真空
狄拉克海
但有时，正反粒子诞生于"特殊"空间-并湮灭。它们也是运气不好，因为它们只是在黑洞的地平线上跳跃。
正——反粒子在黑洞视界玩耍是不快乐的，陶醉其中，一个人会借用真空的能量，一个人会湮灭能量，傲慢的就不能了。不幸的是，正反粒子刚刚通过借用能量从真空中出现。就在这时，它的一对正反粒子到达了一个临界状态，被黑洞的引力吸入视野，所以它再也不会出来了。
其中一个粒子被吸入黑洞
留在黑洞外的粒子被迫去看，这是否意味着善意会一起将能量返回真空？所以你走了，所以我要活下去？给人们一个真空来回报能量？因此，留在黑洞外的粒子欠真空一点能量。这就是黑洞霍金辐射。
真空把留在黑洞外的粒子债道：你可以给我一个承诺好，这个能量是我凭空借给你的，现在你们两个不能湮灭，它不是能量。但是，我必须在书本上借到的能量就是我能回收的能量。否则，我会破坏"宇宙中总能量守恒"的本法则。
真空最终发现，货物被杀也就不上能量，只能想别办法。然后，宇宙会自动打开校对模式。落入黑洞的粒子必须从黑洞内部"窃取"能量，以填充黑洞视界外粒子携带的额外能量。
事实上，在黑洞视界的边缘有无数的正负粒子，它们一直被黑洞的引力分裂。落在黑洞外的粒子获得额外的能量，落在黑洞外的粒子必须抵消黑洞外的反粒子携带的额外能量。换句话说，黑洞外未被真空的粒子的能量必须由落入黑洞的反粒子来补偿。这是千真万确的，你和你的好伙伴一起在银行借了一笔钱，最后你哥哥把钱卷起来跑了。银行最终要求您提供该帐户。你是个小偷，你必须还钱！
结果，落入黑洞的粒子继续窃取黑洞的能量，导致它们变得越来越小。窃取能量的粒子吸收宇宙的能量，就好像它们携带负能量来维持能量守恒定律一样。
虫洞是连接黑洞和白洞的时空隧道。但虫洞的入口被重力锁定。我们必须用一种力量来抵消我们在虫洞中的重力来维持这个入口吗？这就是斥力。
虫 洞
重力产生正能量，而与斥力相对应的能量是负能量。我们可以利用负能量来产生斥力，保持大虫洞的入口，并旅行时间。
这里需要强调的是，反物质仍然携带正能量，而不是负能量。负能量只能由尚未发现的负质量粒子携带。
现在科学家推测，大爆炸后的正负物质数量相当，其中很大一部分被湮灭。但为什么宇宙今天仍然存在呢？难道不应该所有的正物质和负物质都湮灭吗？科学家们还没有弄清楚现有宇宙中的正负物质不对称性。
费恩曼
<h1>物理学家费曼当然提出了一个想法。</h1>
费曼曾经将狄拉克方程中的时间线修改为负数，为了使方程保持有效，有必要将另一个项目也变成负数，毕竟是负正数，因为公式一开始是正时间，正物质！因此，原始反物质选项的值变为负数，并且变为正数。结果是：反物质只是一种沿时间方向运动的正物质，称为CPT对称性！
左边是正物质时空图，右边是反物质时空图
费恩曼和他的导师惠勒提出了一个进一步的假设，并得出了一个惊人的结论，即在大爆炸开始时，一些物质沿着时间线移动（正物质），部分与时间线（反物质）相反。沿着时间线移动的物质的顺序是从大爆炸→宇宙的大灭绝。物质与时间线的顺序来自宇宙的大规模灭绝→大爆炸。宇宙的爆炸点与宇宙的灭绝点相同，它既是宇宙的起点，也是宇宙的终点。就像圆圈中的一个点一样，逆时针方向可以返回起点，也可以顺时针方向返回起点。宇宙就像是奇点大爆炸和宇宙大毁灭之间无数个循环的循环！
宇宙循环
当然，这只是从解决狄拉克公式中得出的一个数学术语。宇宙的大周期也是基于数学猜想。至于它是否与真正的自然现象相对应，我们暂时不知道！