论反能量、反光子的存在及物理特性——兼论证实反光子存在的实验设计

傅文彦

（黄淮学院，河南 驻马店 463000）

论反能量、反光子的存在及物理特性
——兼论证实反光子存在的实验设计

傅文彦

（黄淮学院，河南 驻马店 463000）

文章论述了反能量（负能量）和反物质的本质，提出了一些证实反光子存在和显示反能量物理性质的实验设计．

反物质；反能量；反光子；实验设计

0 引言

20世纪初，由于物理学的一场大革命，在物理学领域竖起了两杆大旗，一是相对论，一是量子力学．这两个宏大理论体系的哲学思想和因果律截然不同，它们所处理的物理体系也大不一样．相对论主要处理高速、宏观、引力等方面的问题，而量子力学则主要集中处理微观世界的一些问题．随着两大理论在各自领域的成功（理论完善和实验证实）以及两者间的碰撞和融合，大大推进了物理学和相关科学技术的发展．

相对论和量子力学理论的融合还衍生出了许多新的物理思想，反物质概念的建立和深化就是其一．1898年，英国物理学家Arthur Schuster曾从电荷有正、负的事实联想到金子也可能有负的．但是，科学意义上的反物质概念是在狄拉克1928年建立狄拉克方程之后产生的．从狄拉克1931年提出反粒子理论解释其方程的负能解，到1932年美国物理学家安德森发现带正电荷的电子，反物质概念才基本确立．

1955年美国在加速器上制造出了反质子，1956年人们发现了反中子，1995年欧洲原子核委员会制造出了寿命为40 ns的反氢原子．人们还发现一个反中子经过β衰变后，会变成一个反质子而不是一个带正电的质子．目前，反物质已经用在正电子放射断层扫描仪中，且在理论的指导和实验的支持下，反物质的概念已基本确立，但是，反物质概念的进一步深化和完善，有待于人们冲破某些固有观念，有待于开拓新领域的实验．

本文约定：把与正电子（带正电荷的电子）相同的物质世界叫反物质世界，把与正电子相反的物质世界叫正物质世界，正物质世界的能量叫正能量简称能量，反物质世界的能量叫负能量或反能量．

1 狄拉克方程及其负能态诠释—反能量

狄拉克在建立狄拉克方程时，有意识地把描述微观粒子的薛定谔方程和狭义相对论结合了起来．在构建哈米顿算符时，他就假定它满足洛伦兹协变性的要求，从而巧妙地把量子力学和狭义相对论结合起来．于是，狄拉克在研究该方程的解的过程中发现了负能解．但是，物理学家对负能解的物理意义的认识经过了一个复杂而漫长的过程，从1928年开始经过近一个世纪的探讨（包括理论和实验研究），人们对负能解终于有了初步认识，起码认识到反物质具有的能是负能．但是，负能量更深层的意义以及负能量和其他物理量的关系，还有待人们更深入地研究，也许这就是解决目前物理学中一些重大难题的突破口．

笔者认为，负能量是与正物质能量相反的能量，但它与正能量一样符合代数运算规律；负能量还与反物质的结构密切相关；负能量在反物质世界的地位如同正能量在正物质世界的地位，反物质世界也一定会有负能量守恒定律，负能量守恒定律是反物质世界最美丽的定律；把现在认识到的负能量叫做反能量，可能更有助于认识其本质，其他物理定律、定理和法则也是如此．

另一个重大问题是能量与质量的关系问题．反物质世界的能量是负的，显然质量也应该是负的，因为E=mc2．这就涉及万有引力问题．这个问题可以这样来回答：由于m1m2=(−m1)(−m2)，故负质量与负质量之间的万有作用力

仍是引力，而不是斥力；但是，反物质与正物质之间的万有作用力

是正的，即是斥力．

2 反原子的辐射和吸收——反光子

从对称性上考虑，反物质中的反原子也会有电磁辐射，也具有波粒二重性．这个辐射不同于正物质的电磁辐射，因为它的能量是负的．笔者在这里把这种辐射的量子称为反光子．反光子具有反能量，也是反物质．

依此推理，反光子也可用类似于麦氏方程和狭义相对论的质能关系E=mc2来描述．由爱因斯坦光子论[1]及正、反物质的对称性可推知E(光)反=−ħ.ω笔者确信，反光子遵守类似于量子场论的描述，即反光子的光量子方程形式仍是

其中ωi=ħiν，νi是反光子波的频率，ni是频率为νi的反光子数；拉氏量中 3次以上的项描述反光子及其他反粒子的散射、产生和湮灭；反原子辐射的电磁场与正原子辐射的电磁场有不同之处，体现在力学性质和量子性质的某些方面．

反原子既能辐射能量，也能吸收能量．反原子如果吸收反能量（反光子）将会使其能量绝对值增大，反原子如果吸收正能量（正光子）将会使其能量绝对值减少．

根据正物质世界能量趋于最小原理（绝对值趋于最小），从对称性上分析，反物质世界应遵守相似规律，即能量绝对值最小原理．反原子吸收正光子之后，会更加稳定，即可以延长反原子的寿命．

3 证实反光子存在的实验设计

科学和信仰的根本区别是：科学中的假设和理论都要有实验支持，要有实验验证，要能预言实验结果，而信仰一般无法用实验证实．笔者这里提出以下证实反光子存在的实验设计：

3.1 反氢原子的电磁辐射就是反光子

正物质世界和反物质世界之间应存在对称性，反氢原子也应有能级间的跃迁．但极其重要的一点是，反氢原子能级间的跃迁是负能量能级间的跃迁，也就是说反氢原子辐射或吸收的都是反光子（在反物质世界）．

正光子的能量与反光子的能量是相反的，用正光子去照射反氢原子，就可以使反氢原子的能量绝对值减小，从而使反氢原子较为稳定．为了使这种效应更加明显，我们可以用正氢原子受激后的辐射照射即将合成的反氢原子，即用氢原子发出的激光去照射反氢原子．从能量绝对值最小原理出发，可以推论这种照射更有利于反氢原子的制造．通过这种实验，可直接或间接地证实反光子的存在．

3.2 通过带电正、反物质粒子变速运动辐射的湮灭来证实

因为正、反粒子都可受电场和磁场的控制，这样就可以使其同处于一个能使它们留下痕迹的空间中，观察两者处于加速状态中辐射的正光子和反光子的湮灭现象．这种实验的实现将能直接证实反光子的存在，回旋加速器或正、负电子对撞机是这类实验可以借用的实验设备．

3.3 从已有反粒子照片等资料中寻找反光子的踪迹

美国物理学家安德森（Carl D. Anderson）1981年撰文回忆说：是中国科学家赵忠尧1930年的实验，引导他终于发现了正电子．我们也可用类似的思维去查看可能与反光子有关的高能物理实验，以期找到一些线索．例如，可以查看正、负电子湮灭的有关资料，可以查看γ光子对中有没有反光子的痕迹，还可以查看反质子、反超子等照片中有无反光子的信息．这种方法既经济又快捷，但应注意这样的问题：静电场、静磁场与电磁场（光子）是不同的物理状态，静磁场与静电场是电磁场的特殊状态，静磁场（或静电场）与电磁场之间的作用和电磁场与电磁场之间的作用有所不同；产生γ光子对时正、反物质的初瞬斥力，可能同时产生正、反光子．根据以上讨论，从原有资料中寻求反光子的信息是可行的．

3.4 通过宇宙观察和太空实验寻找反光子

广义相对论预言的引力透镜现象，在正物质世界已被证实．从正、反物质对称性的角度推理，在反物质世界也应该有类似的引力透镜现象，但在正物质世界观察到的应是负引力透镜现象，因为正物质与反物质间的万有作用力是斥力．

笔者认为，宇宙中的反物质（反原子、反粒子）也会发生衰变，这时就有可能产生反光子．反光子的能量绝对值越大，正物质对它的斥力就越大，就越不易被正物质吸收．因此，在太空实验中找到反光子的几率可能较大．

4 结语

如果反能量、反光子被实验证实，那么对现代物理学理论的影响将是巨大的，并且将有可能影响到社会的各个方面．简言之，这种影响主要反映在：(1) 深化人们对正能量与负能量、正物质与反物质的认识；(2) 激励人们进一步检验物理学的基本原理；(3) 促进相对论和量子场论（量子力学）的完善；(4) 为建立新物理理论打下基础；(5) 提高科技发展水平．

志谢：感谢我的外孙佘沛泽完成该篇论文的文字录入！

[1] 戴元本．量子场论的发展[M]//科学前沿与未来：10集．北京：中国环境科学出版社，2006：47．

On the Existence and Physical Properties of Antienergy and Antiphoton——Also on the Experimental Designs to the Confirm of the Existence of Antiphoton

FU Wen-yan
(Huanghuai university, Zhumadian Henan 463000, China)

This article discusses the nature of the anti-energy (negative energy) and antimatter. Some experimental designs to confirm the existence of anti-photon and display of anti-energy physical properties are proposed.

antimatter; anti-energy; anti-photon; experimental designs

O4-1

A

1006-5261(2012)02-0005-02

2011-10-15

傅文彦（1936―），男，河南西平人，教授．

〔责任编辑 张继金〕