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泊松数学建模为电偶极子奠定基础;麦克斯韦方程组赋予电偶极子普适性;赫兹实验验证使电偶极子成为物理现实,之后电偶极子广泛应用于电磁波的发射与接收;洛伦兹等人则将电偶极子拓展至微观世界。电偶极子不仅是电磁学理论的核心组成部分,更是连接宏观现象与微观机制的桥梁。真空中既存在电偶极子的理论模型,也存在实际的电偶极子实体。
狄拉克预言的电子海被证实,能被成对电离成正负电子。量子场论发现旋转波包能够被电离成正负电子。大量观察证明暗物质能够产生正反粒子。
场物质是隐身暗物质;场态粒子包含一对正反粒子,是电荷质量、电荷分布、电荷运动均对称的超对称粒子。
在现代物理中,粒子的定义十分混乱,主流观点认为组成物质的基本粒子可以成对消失,并转化为能量。例如,对撞机实验发现,高能正负电子对撞后会湮灭为高能光子;反之,高能光子也能从真空中激发出大量粒子。
狄拉克提出了满足相对论协变性的量子力学方程——狄拉克方程。该方程不仅能描述电子的基本行为,还自然导出了电子自旋的结果。狄拉克方程的解还暗示了正电子的存在:真空可被视为填满正负电子旋转波包所形成的“海洋”,若一束高能量的γ射线入射到“电子海”中,会有一个电子被激发到“海面”之上,而电子海中则会留下一个正电子。正电子应与电子具有相同质量,但携带正电荷,可视为电子的“镜像粒子”。由此可推测:当正电子与负电子相遇时,会发生湮灭并产生光子;反之,一对光子湮灭时,也能产生一对正负电子。
费曼认为,电子与正电子通过碰撞会发射出虚光子,该虚光子再被另外的电子与正电子吸收。通过这种方式,粒子对借助交换虚光子发生相互作用。这一过程中,初态与末态的粒子均为可直接观测的真实粒子;而所有中间过程的粒子因存在时间极短,被称为虚粒子。
量子场论认为,电子场的激发与退激发,分别对应电子对的产生与湮灭;电磁场的激发与退激发,则分别对应光子的产生与湮灭。
在量子场论框架下,每一种基本粒子都对应一种场,真空的本质是所有场均处于能量最低的基态。场的能量具有量子化特征,每一份能量的激发,都会在真空中对应增加一个粒子。这意味着粒子本质上只是场的一种激发态——不同的激发态,对应粒子的数目与状态也各不相同。
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