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光會否有反物質的光子存在?

想請教一些問題


照我所理解,光是最難被引力吸收的事物.
想知是否因為光的質量是0,
也是説質量愈少的物質,需要愈大的引力才能被吸引著的嗎?
例如氫氣,如果沒有氧氣伴著,地球的所有氫氣就會飄浮到太空,
連地球的引力也不能把氫氣吸著.
請間我的理解對不對?

如果光是物質,而所有物質也會有正物質和相對的反物質存在,
那麼光會否有反物質的屬性存在?也就是反屬性或反物質的光子? 會否就是暗物質呢?
不過聽説暗物質是有質量的,那應該不是了.
但會否是物質燃燒後化為光子後,原本物質所含有的質量,
轉化為暗物質呢?

對不起,問了太多的問題.
topochu:

好多問題,就試下逐一解答:
+ 光子最難被吸收?你指好似原子入面嘅電子吸收光子之後喺能階之間跳躍咁?定係指其他嘢?
+ 何謂被引力吸收?喺經典嘅引力理論,即係都仲係講緊廣義相對論嘅時候,因為時空彎曲而令我地見到光子軌跡唔係好似平直空間咁徑直。同以往牛頓萬有引力嘅理論唔同,無物量嘅光子喺愛因斯坦嘅理論下同樣會受影響。
+ 對於一般 (有質量嘅) 物質喺引力場強度唔係太過大 (不過如果真係太大其實廣義相對論本身都會出問題) 同埋一大堆其他通常都符合到嘅假設底下,如果只需要一個好簡單嘅想法,你仍然可以用牛頓嘅理論去諗:F ∝ m_1 m_2 / r^2
+ 理解唔到氫氣喺有同無氧氣嘅伴隨底下受引力嘅影響會有咩大分別

- 光子係自己嘅反粒子,亦即係話所謂嘅「反光子」其實即係光子。
- 反物質同暗物質唔同,前者我地知道係咩嚟同埋有咩物理性質 (能唔能夠造到足夠份量嘅反物質同埋令佢地存在足夠長嘅時間就係另一回事),而後者就我地只知道佢 (最起碼) 要有啲咩特性,但係完全唔知係咩嚟。所以如果有人講暗物質係咩粒子咩粒子,完全係取決於 (未証實嘅) 粒子物理學/宇宙學模型。
- 你所謂嘅物質燃燒,我諗應該係指正反粒子對撞後湮滅,如果最終出嚟嘅粒子係比如話兩粒光子,咁完有嘅質量就會轉化成佢地自身嘅能量。
LT3648:

嚴格來說,光是無反粒子的。
topochu:

但係咁只係話光子唔係反物質 (亦無反物質),唔代表光子無反粒子。本身嗰一堆傳遞力嘅玻色子 (γ, g, Z, W^+/-) 都無自己嘅反物質但係有自己嘅反粒子。其實喺量子化場嘅時候能夠用 Fourier 模展開,就已經能夠定義到反粒子,至於自己係咪自己嘅反粒子就要睇個 Hermitian 伴隨係咪等於自己。以電磁場嘅二次量子化為例:
謝謝大家的細心解釋

但光子也是由基本粒子組成的,
基本粒子會否也有正、反的基本粒子存在呢?
topochu:

如果翻譯成中文應該係:喺近代物理中,反物質被定義為由該種物質嘅反粒子 (或「伙伴」) 所組成嘅物質。
所以有反物質當然會有對應嘅反粒子,但係無對應嘅反物質係咪就代表無對應嘅反粒子呢?問題係本身嗰樣嘢係咪物質,如果本身唔係被定義為物質就當然唔需要有亦唔會有對應嘅反物質。
咁所以我地之後要問嘅問題包括:


1. 何謂 (基本) 粒子 (最少喺粒子物理嘅標準模型下) ?
2. 何謂物質 (物理上而唔係哲學上) ?
3. 會唔會有情況係只係粒子而唔係物質,繼而有反粒子而無反物質 ?

何謂 (基本) 粒子?
係粒子物理入面,根據標準模型我地有以下嘅基本粒子:
(I) 費米子 (用作組成物質)
  夸克: u,d; cps; t,b
  輕子: e,ν_e; μ,ν_μ; τ,ν_τ
(II) 玻色子除 Higgs 玻色子外 (用作傳遞作用力)
  γ: 電磁力
  g: 強核力
  Z,W^+/-: 弱核力
(III) 玻色子 Higgs (同賦予粒子嘅質量有關)
所以佢地全部都係粒子,亦全部有自己嘅反粒子。

何謂物質?
費米子同埋由費米子組成嘅嘢就會叫做物質,由基本粒子中嘅費米子所組成嘅唔一定係費米子,都可以係玻色子,但係唔會係基本玻色子。咁所以上面嘅 (基本) 玻色子就符合條件: 係粒子但係唔係物質。

可唔可能有係粒子但係唔係物質,有反粒子但係無反物質?
基本上全部 γ, g, Z, W^+/- 都係咁。咁點樣知道可唔可以有反粒子呢?喺理論物理中,喺古典場進行量子化嘅時候能夠用 Fourier 模展開,就已經能夠定義到反粒子,至於自己係咪自己嘅反粒子就要睇個 Hermitian 伴隨係咪等於自己。

題外話: 微中子嘅反粒子係咪自己仍然係一個迷,要視乎佢係 Dirac 費米子定係 Majorana 費米子,不過已經超出咗標準模型嘅範圍。

可能已經講到有少少離題,但係個結論就係光子係粒子而唔係物質,有反粒子而無反物質。亦無違反到你引用 Wikipedia 嘅陳述。


如果你認為無反粒子嘅話,咁你點樣解決量子場論中我地結合量子物理同狹義相對論時所遇到嘅因果關係問題?
topochu:

光子係基本粒子,而唔係由基本粒子組成。
標準模型入面嘅基本粒子都有自己嘅反粒子,不過有啲係自己係自己嘅反粒子。
LT3648:

依反粒子定義,若正反粒子相遇會湮滅及產生光子,現在豈非說光子與自己相遇湮滅產生光子,是否出現混淆呢?
topochu:

基本粒子嘅反粒子係有同樣質量同埋相反電荷嘅基本粒子,而無人用正反粒子湮滅嚟定義反粒子。原因有兩個:第一,要清楚「定義」反粒子唔容易,所以從佢地嘅物理特性去定義係最穩陣,因為數學上可以證明佢地一定要有同樣質量同埋相反電荷;第二,喺粒子物理入面唔會 (反者絕少) 用一個去物理過程去定義一粒/一種粒子,因為有機會受到其他無為意到嘅環境因素影響。

之後都係同一個問題,如果無反粒子,咁你點樣解決量子場論中我地結合量子物理同狹義相對論時所遇到嘅因果關係問題?
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