换底公式的推导_【物理科普】世界的另一半，竟然是从物理公式中推导出来的

，这是从物理公式推导出来的。我们生活的世界是由物质组成的，但我们能触及的物质并不是全部。确切地说，我们日常生活中能接触到的物质都是积极的物质，如果有积极的物质，肯定会有反物质。也许在宇宙的某个地方有一个由反物质组成的完全相同的世界。这是物理学家目前正在研究的镜像宇宙。

说到反物质，喜欢科幻电影的朋友们可能已经看到了强大的反物质武器，在电影中它被描绘成一种可以在瞬间摧毁地球的恐怖核武器。但事实上反物质武器并不像大家想象的那么可怕，反物质的发现过程也很有趣，因为反物质的诞生并不是源于实验，而世界的另一半实际上是源于物理公式。

在回到反物质发现过程之前，我们可以在头脑中做一个简单的实验。

假设有一辆汽车在高速公路上向前行驶。这辆车相对于地面的速度是V1。这辆车上有一个人也在向前跑。这个人相对于汽车的速度是V2。

所以问题是:在汽车上行驶的人相对于地面的速度V3是多少？问题

实际上很简单，具有初中物理常识的朋友可以很容易地回答:因为人的运行方向与汽车的运行方向相同，人相对于地面的速度就是汽车相对于地面的速度加上人相对于汽车的速度。

是V3=V2+V1，这与伽利略变换一致

但是伽利略变换并不适用于所有的运动情况。例如，如果汽车的行驶速度V1是光速C，那么根据伽利略变换，人相对于地面的速度V3 = V2+C，这已经快于光速。因此，伽利略变换不适用于高速运动。

那么物体高速运动时如何计算？

物理学家爱因斯坦用著名的相对论解决了这个问题相对论情况下的

(高速运动):V3=(V1+V2)/(1+V1V2/C2)，这是狭义相对论的核心:洛伦兹变换

通过两个公式，我们可以直观地看到，如果汽车的速度V2和人的速度V2远小于光速C，(1+V1V2/C2)无限接近1，而V3=V2+V1和V3=(V1+V2)/(1+V1V2/C2)并无不同

意味着相对论效应只有在高速运动时才是明显的，伽利略变换的传统物理学在低速运动时仍然是正确的。当你在这里看到

时，你可能有点不耐烦了:看看反物质是如何被发现的，它是如何成为一个大推进力的速度转换公式的？

让我们言归正传

接下来让我们将目光聚焦在微观世界。如果我们想计算微观粒子的运动，我们想应用什么？

宏观世界的经典物理绝对不适用。我们需要在量子力学中应用丁雪鳄鱼方程

。这个方程看起来很复杂。可以用一句话来概括:丁雪鳄鱼方程是一个用来描述粒子所在概率的方程，也是一个用来描述微观粒子运动的方程。然而，这个描述微观粒子运动的丁雪鳄鱼方程有一个局限性，即丁雪鳄鱼方程是非相对论方程。

，但事实上微观粒子不同于宏观物体。微观粒子的运动速度非常快，在许多情况下接近光速。因此，用非相对论薛定谔方程来描述微观粒子的运动是不合适的。为了准确描述微观粒子，有必要将非相对论薛定谔方程转化为相对论薛定谔方程。

1929年，物理学家狄拉克完成了这项工作，将量子力学与相对论结合起来，从而创建了相对论量子力学方程，即狄拉克方程

。这个等式非常复杂，我们不需要花时间去记住它。我们只需要知道这是一个满足相对论并描述微观粒子运动的方程。然而，过了一段时间，每个人都发现狄拉克方程也是不完美的，因为有一个严重的问题违背了常识，那就是，通过狄拉克方程求解是非常奇怪的由狄拉克方程求解的

的解意味着微观粒子具有负能级，即微观粒子具有比零更低的能态

低于零，这严重违反了常识，因为当时物理学家从未发现低能量的微观粒子。

魔狄拉克海

狄拉克提出了一个猜想。以电子为例，狄拉克认为负能级的电子很普遍，但为什么在现实中没有发现呢？

因为负能量中有电子，根据泡利不相容理论，在一个能级中可以有一对电子，在负能量级中有一个电子之后，它处于平衡状态，所有的负能量级都有一个电子，所以它处于平衡状态，所以我们无法找出，这种能量的分布叫做狄拉克海，狄拉克认为狄拉克海实际上是我们的真空

让我们整理一下思路:狄拉克认为有一个负能级，在负能级上有一个电子，所以它处于平衡状态，电子带负电荷，所以负能级必须是一个带正电荷的粒子，其质量与电子相同。

那么这个和电子质量相同的带正电荷的粒子到底是什么？事实上，它是反电子，一种电荷和自旋方向与电子相反、质量与电子相同的粒子。反电子是电子的反物质

反电子的概念提出后，反质子、反中子、反质子和反氢原子相继被发现，从而揭开了另一半世界的神秘面纱。

所以世界的另一半是从物理公式推导出来的。

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