群与物理的伴随作用动量
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那么反物质呢?
它直接与额外变量 z 相关联。
在《几何与相对论》(Hermann 出版社,1964 年)第七章“五维相对论”第 413 页,苏里欧指出,其反演等价于电荷共轭。
我们可以将这一第五维表示为一条“纤维”。将时空限制在两个维度 x 和 t:
(214)

给这个时空曲面赋予一个“纤维” z。在每个点 (x, t) 上,z 方向上延伸出一条对应于坐标 z 的“纤维”。
此时,该曲面成为两个 (n+1) 维空间之间的边界,在图中为 (2+1=3) 维空间,分别对应半空间 (z > 0) 和半空间 (z < 0),而边界位于 z = 0 平面上。
(215)
在动量空间中,我们标出了三种类型:
- 物质种类
- 反物质种类
- 光子种类。
在运动空间中,对应着相应的运动:
- 物质在半空间 (z > 0) 中运动
- 反物质在半空间 (z < 0) 中运动
- 光子在边界平面 (z = 0) 上运动:它们是自身的反粒子。
在我的正则子群 Go(正则洛伦兹群)中,我可以找到一些元素,使一个运动变为另一个运动,即一个动量变为另一个动量,只要这些元素属于同一类。
但我无法将物质粒子转变为反物质粒子或光子。
它们是三种不同的种类。
它们在完整的 (z, x, t) 空间中处于不同的“水域”,但对于只“看见”时空的观察者而言,它们在 ( x, t ) 中的轨迹是无法区分的。
我们已经看到,向群中增加一个额外维度,并使其作用于五维空间,导致了一个神秘标量 c 的出现。我们将在后文探讨如何操控它,使其对群作用敏感。目前,我们可以赋予它一个模糊的属性——“电荷”,而光子的电荷为零。
如此一来,反物质的本质变得清晰一些。它具有能量 E 和动量 p。
我们还看到,若通过扩展的庞加莱群(作用于五维空间)来描述反物质,则它对应于一个具有正能量 E(与质量一样为正)和给定动量的物体的两种不同运动状态,其中第二种运动状态涉及 z 维度。因为由扩展庞加莱群所控制的质点,并非在 (x, y, z, t) 中运动,而是在 (z, x, y, z, t) 中运动。
因此,物质被认为在半空间 z > 0 中演化,
反物质在半空间 z < 0 中演化,
光子则在平面 z = 0 上运动。
但对于深居洞穴、只看到投影的柏拉图式观察者而言,他看不到 (z, x, y, z, t) 中的真实运动,只看到墙壁上 (x, y, z, t) 的影子,因此一切看起来都一样。
如果你坐在洞穴深处,看到一个中子和一个反中子经过,你无法事先判断:
- 其中一个在 z > 0 区域运动,
- 另一个在 z < 0 区域运动。
由于我们将动量空间限制在子空间 J+,仅处理能量为正的粒子运动(包括光子),
我们的反物质也具有正的能量和正的质量。
但若重新引入庞加莱群的反向部分,问题立即重现:
(216)

这个反向部分包含一些元素,通过伴随作用使所有粒子(光子、物质和反物质)的能量发生反转。让我们看看完整的游戏场。

(217)
问题在于,庞加莱群的反向元素通过伴随作用(E → -E;m → -m)导致能量反转。
(218)

苏里欧的“解决方案”(参见《动力系统结构》,Dunod-France 出版社,1973 年,第 200 页)认为,上帝不会愚蠢到创造出这类事物,因此在无限智慧下,他谨慎地从庞加莱群中剔除了其反向部分,以确保每种物质类型各归其位,让牛羊得以安全看管。
但我们也完全可以考虑另一种可能性。