榨干了氢原子之后,科学家们继续攻击其他物质。经过一系列的“花式砸蛋”,到了20世纪30年代,他们终于用一种新发现的射线,从石蜡的原子核里砸出了新的东西——一种不带电的,和质子一样大的粒子。原子中已经有了带正电的质子和带负电的电子,这位既不带正电也不带负电的同学就叫中子吧。
这个时候新的问题出现了。既然有带正电的质子和带负电的电子,为什么不能有带负电的质子和带正电的电子呢?理论上来说可以有,实际上也真的有。第一个发现这个秘密的,是数学。20世纪20年代,英国物理学家狄拉克建立了电子在高速运动下的方程式——狄拉克方程。根据这个方程式得出的结果,电子的能量可以为正,也可以为负。就像x2=4这个方程,它的解可以是2,也可以是-2一样。
可是,能量最多只能为零,负能量怎么可能存在呢?这是完全不符合物理规律的。为了让负能量变得合理,狄拉克创造性地提出了一种假设:如果电子所带的电荷是正的,那么方程式算出的能量就是负能量。就像在自然界中并不存在负数(比如你永远不可能数出负十个手指头来),但数学上可以有负数这种表达一样。有了带正电的电子,能量就可以有负号。不仅仅是电子,其他所有粒子理论上都可能存在所带电荷与之相反的粒子,而这些镜像的粒子就是反物质。
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